ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Генераторы плазмы из "Обзоры по отдельным производствам химической промышленности Выпуск 15" Низкотеипературная плазма может генерироваться в плазмотронах постоянного, переменного тока промышленной частоты (к.п.д. до 93%), высокочастотных и сверхвысокочастотных, а также в тлеющем и коронном разрядах, установках адиабатического сжатия, ударных трубах, с помощью мощных лазеров и т.п. Наибольший промышленный интерес з качестве источников низкотемпературной плазмы представляют электродные плазмотроны постоянного и переменного тока и генераторы плазмы с дугой высокой интенсивности. [c.5] В сварочных и металлургических процессах дуговой разряд применяется для нагревания и расплавления твердых субстанций в основном за счет тепловой энергии, выделяющейся в приэлектродных областях. Однако значительная доля мощности, особенно при длинных разрядах, выделяется в области дугового столба. Эту часть дуги также используют для нагревания веществ, главным образом, газов. Практически все основные схемы электродуговых нагревателей, используемых в настоящее время были разработаны в начале нашего века, В двадцатых годах электрическую дугу начали применять для крекинга газо- и парообразных углеводородов, а в научных лабораториях -для исследования свойств веществ при высоких температурах. [c.5] В пятидесятых годах в связи с бурным развитием ракетно-космической техники широко развернулись исследования свойств низкотемпературной плазмы и процессов тепло- и массообмена при высоких температурах, испытания жаропрочных и теплозащитных материалов и способов их обработки. Оказалось, что наиболее подходящим методом получения необходимых высокотемпературных газовых потоков в течение продолжительного времени является нагревание рабочего тела электрической дугой. [c.5] Ниже рассматриваются основные схемы дуговых плазменных генераторов и их особенности. [c.6] В электродуговых нагревательных установках используется постоянный или переменный ток промышленной или высокой частоты. Разрядные камеры нагревателей однофазного переменного и постоянного тока конструктивно почти одинаковы. Однако установка переменного тока промышленной частоты в целом существенно отличается от аналогичной установки постоянного тока, поскольку для обеспечения устойчивого горения дуги при переходе тока через нудь необходимы дополнительные элементы. В то же время в установках, работающих на постоянном токе, необходимы выпрямительные агрегаты. [c.6] По способу обдува дугового столба нагреватели можно разделить на установки со слабообдуваемыми (свободногорящими) дугами, с продольным или продольно-вихревым, с поперечным, а также с комбинированным обдувом дуги. По-видимому, к дуговым нагревателям целесообразно отнести и установки с дугами, геометрически стабилизированными с помощью стенки или вихря жидкости, поскольку иногда необходимо генерировать плазменные, струи с малым расходом рабочего тепла. [c.6] По агрегатному состоянию вещества, служащего исходным материалом для плазменной струи, нагреватели делятся на дуговые нагреватели газа, жидкостные плазмотроны и установки с расходуемыми электродами. [c.6] Конструкция нагревателя и его характеристики зависят от материала электродов. Обычно в них используются электроды, изготовленные из тугоплавких материалов (вольфрам, графит и т.п.) и из материалов, обладающих низкой температурой плавления. Такие электроды нуждаются в охлаждении. [c.6] В качестве материала охлаждаемых электродов обычно применяется медь. Широкое распространение получили разрядные камеры с комбинированными электродами - это нагреватели постоянного тока с тугоплавким стержневым катодом и медным цилиндрическим анодом. [c.6] По способу подвода рабочего тела в разрядную камеру установки бывают однокамерные (.с одной камерой ввода рабочего тела) и с двумя и более подводящими камерами. [c.7] В первых установках дугу помещали в устройства типа печей с огнеупорными керамическими футеровками (рис. 2). [c.8] На рис. 2,а схематически изображена нагревательная печь, облицованная изнутри огнеупорной футеровкой Дуга горит между графитовыми электродами, расположенными горизонтально. Воздух подается снизу и, нагреваясь в дуге, удаляется через верхнюю часть печи. Поскольку потоками естественной и вынужденной конвекции дуга выдувается вверх, она не может устойчиво гореть при высоких скоростях обдува. Поэтому скорость газового потока так же невелика, как и при естественной конвекции. Устойчивость горения дуги несколько повышается при вертикальном расположении электродов (рис. 26), однако в этом случае при повышении скорости обдува снижается температура нагрева газа, а опорная точка дуги сдувается с торцевой поверхности верхнего электрода. Увеличить температуру нагрева газа за счет уменьшения диаметра камеры не представляется возможным из-за быстрого разрушения огнеупорной футеровки. [c.8] Один из способов обеспечения устойчивого горения длинной горизонтальной дуги приведен на рис. 2,г Электроды располагаются под крышей из огнеупорной футеровки, которая ограничивает растягивание дуги под воздействием потоков естественной конвекции. Для предохранения от разрушения футеровка обдувается потоком нагреваемого газа подвод холодного газа распределен по длине дуги. На такой длинной дуге можно существенно повысить напряжение и тем самым при заданной мощности увеличить ресурсы электродов. [c.8] Для увеличения напряжения дуги также последовательно включают два роговых разрядника, в каждом из которых дуга электромагнитными соплами вдувается кверху, но сдувание дуг предотвращается наличием огнеупорного потолка, обдуваемого потоком нагретого газа (рис. 2,д). [c.8] Стержень или систему стержней располагали на вращающемся диске, благодаря чему они периодически пересекали пространство в узкой части рогового разрядника, инициируя разряд Иногда роговые разрядники располагали последовательно первый из них был инициирующим. [c.10] В роговых разрядниках силовое воздействие на дугу осуществляется за счет ее собственного магнитного поля. Однако для этого можно использовать и внешнее поле, что позволяет растянуть дугу, повысить напряжение и увеличить площадь соприкосновения с нагреваемым газом 2-34 изображено устройство, в котором дуга движется под воздействием внешнего магнитного поля по параллельным электродам в разные стороны от центра, где установлен поджигающий стержень игольчатого типа. Газ подается снизу. По мере удлинения дуги напряжение возрастает и происходит пробой в поджигающем промежутке. Процесс периодический. [c.10] Работа устройств со слабообдуваемыми дугами не может быть высокоэффективной из-за малой скорости обдува, низких среднемассовой температуры и. скорости закалки. [c.11] В последние годы устройства со слабообдуваемыми дугами вновь вызвали интерес, поскольку в установках с продольно- и поперечно-обдуваемыми дугами трудно достичь высоких давлений, которые требуются в некоторых случаях. [c.11] Отличительные особенности нагревателей этого типа - высокие скорости движения дуги под воздействием внешнего магнитного поля и малые размеры разрядных камер, благодаря чему весь газ продувается через дуговой разряд и нагревается до высокой температуры. [c.11] Установки первого типа практически не применяются в качестве нагревателей газа, однако изучаются возможности их использования, главным образом, в качестве периодически действующих ускорителей потока плазмы Нагреватели с концентрическими электродами получили широкое распространение 2-76 g одной из первых конструкций плазмотронов с концентрическими электродами (рис. 5, дуга горит между концентрическими электродами и вращается под действием магнитного поля, создаваемого при помощи магнитопровода с соленоидом. Благодаря магнитопроводу в зазоре между электродами создается сильное магнитное поле без значительных затрат мощности. Весь газ проходит в непосредственной близости от дугового столба и интенсивно нагревается. Кроме того, при быстром движении дуговых пятен по поверхности электродов они не успевают расплавиться под действием интенсивных тепловых потоков (.что имело бы место при неподвижной дуге). [c.13] Вернуться к основной статье