. Электродуговые плазмотроны
Электродуговые плазмотроны являются устройствами, генерирующими электрическую дугу, с помощью которой осуществляется нагрев различных газов. В зависимости от питающей сети электродуговые плазмотроны делятся на плазмотроны постоянного и переменного тока. Данный раздел посвящен анализу известных струйных плазмотронов постоянного тока.
Во многих отраслях производства широко применяются однокамерные плазмотроны (рис. 1.4)/21-24/. Они достаточно просты конструктивно и удобны при эксплуатации. В качестве катода используется, стержень из тугоплавких материалов (вольфрам, цирконий, гафний, углерод) или полый цилиндр. Анод представляет собой также полый цилиндр из меди, вольфрама, титана и т.п. Ресурс работы электродов достигает сотен часов. Однокамерные, плазмотроны обеспечивают нагрев газов до среднемассовой температуры 2000-10000 К. Их основные недостатки - большие пульсации напряжения, тока, параметров плазменной струи, быстрое уменьшение длины дуги и КПД плазмотрона с ростом тока и низкий КПД использования ИП /25/.
Использование полых цилиндрических катодов привело к созданию двухкамерных плазмотронов (рис. 1.5) /25,27/. Наличие дополнительной вихревой камеры позволяет регулировать положение катодного пятна и влиять на величину напряжения, в результате чего улучшаются эрозионные характеристики плазмотрона и повышается надежность его работы. Двухкамерные плазмотроны пригодны для нагрева практически всех газов. Ресурс их работы колеблется в пределах от нескольких часов на воздухе и кислороде до многих сотен часов на аргоне. Недостатки двухкамерных плазмотронов следующие: значительные пульсации параметров дуги и плазменной струи, падающие ВАХ и потери энергии на балластном сопротивлении.
Схема однокамерного плазмотрона
1-катод; 2-анод; 3-вихревая камера; 4-дуга.
Рисунок1.4
Схема двухкамерного плазмотрона
1-катод; 2-анод; 3-вихревая камера; 4-дуга.
Рисунок1.4
Определенный интерес с точки зрения повышения стойкости обоих электродов заслуживают плазмотроны с двухсторонним истечением, приведен на рисунке 1.6. Здесь оба пятна дуги перемещаются потоком нагреваемого газа, поэтому эрозия электродов уменьшается и распределяется по большой площади. Основное преимущество плазмотронов данного типа - простота конструкции. К недостаткам относятся падающие ВАХ, пульсации параметров дуги и потока.
Рассмотренные выше плазмотроны представляют собой устройства с самоустанавливающейся дугой. Зависимость средней длины дуги от расхода плазмообразующего газа и тока, а также процесс шунтирования дуги в разрядном канале обуславливают падающий характер ВАХ плазмотронов и пульсации электрических параметров, что снижает устойчивость системы ИП-дуга.
Лишены указанных недостатков плазмотроны с фиксированной дугой. Их ВАХ являются восходящими, а тепловой КПД составляет более 0,8. Одна из перспективных схем плазмотрона с фиксированной дугой представлена на рис. 1.7. Фиксация средней длины дуги осуществляется за счет выполнения разрядного канала анода с уступом и размещения между катодом и анодом сплошной или секционированной межэлектродной вставки. Использование межэлектродной вставки (МЭВ) позволяет наращивать мощность плазмотрона путем увеличения напряжения на дуге при неизменном токе, что положительно сказывается на ресурсе электродов, а распределенная подача газа между секциями МЭВ способствует повышению теплового КПД.
С
хема
плазмотрона с двухсторонним истечением.
1-катод, 2-анод, 3-вихревая камера, 4-дуга.
Рисунок1.6
Схема
плазмотрона с секцией МЭВ.
1-катод, 2-анод, 3-секция МЭВ, 4-дуга.
Рисунок1.7