Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика и техника высокочастотной газоразрядной плазмы. Лабораторный практикум. Учебное пособие.pdf
11
1.4. Требования к содержанию отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Цель проведения работы.
2. Принципиальную электрическую схему ВЧ-генератора и ее
краткое описание.
3. Порядок включения и выключения ВЧ-генератора.
4. Основные требования по технике безопасности при работе на
ВЧ-генераторе перед началом работы, во время работы, в аварийных си-
туациях и по окончании работ.
Контрольные вопросы и задания
1. Почему ВЧ-генератор ВЧГ8-60/13 изготовлен в виде металли-
ческого шкафа?
2. C какой целью двери шкафа ВЧ-генератора снабжены электро-
механической блокировкой?
3. Назовите тип генераторной лампы, используемой в ВЧ-генераторе.
4. По какой схеме собран ВЧ-генератор?
5. С какой целью электрические выводы из высокочастотного отсека
ВЧ-генератора выполнены через проходные конденсаторы?
6. При каком анодном напряжении работает ВЧ-генератор?
7. Как попадает высокое постоянное напряжение от высоковольтно-
го выпрямителя на анод генераторной пампы ВЧ-генератора?
8. Каким образом колебательный контур ВЧ-генератора подклю-
чен к генераторной лампе?
9. Через какой элемент схемы ВЧ-генератора осуществляется его
соединение с нагрузкой (технологическим устройством) в виде ВЧФплазмотрона?
10. Какие элементы электрической схемы ВЧ-генератора исполь-
зуются для его согласования с технологическим устройством в виде
ВЧФ-плазмотрона?
11. Назовите элемент схемы ВЧ-генератора, который служит для
защиты технологического устройства в виде ВЧФ-плазмотрона от попадания постоянного высокого напряжения в случае пробоя анодноразделительных конденсаторов.
12. С помощью какого элемента электрической схемы ВЧ-генератора
осуществляется защита генераторной лампы от включения накала
при отсутствии воздушного охлаждения?
13. Какие элементы электрической схемы ВЧ-генератора не позво-
ляют включить накал генераторной лампы при уменьшении ниже допустимой нормы расхода воды, охлаждающей анод генераторной лампы
и анодный трансформатор?
12
14. Какие общие требования безопасности предъявляются к персо-
налу при работе на ВЧ-генераторе?
15. Какими вредными факторами сопровождается работа на
ВЧ-генераторе?
16. Какими защитными средствами должен быть обеспечен ВЧ-
генератор?
17. Перечислите требования безопасности перед началом, во время
и по окончании работы плазменной установки на базе ВЧ-генератора
ВЧГ8-60/13.
18. Перечислите требования безопасности при аварийных ситуаци-
ях на плазменной установке на базе ВЧ-генератора ВЧГ8-60/13.
Список литературы
1. Эксплуатационная документация на установку высокочастот-
ную ВЧГ8-60/13. Завод-изготовитель ЗАО «Завод высокочастотных
установок». – Санкт-Петербург : ЗАО «ЗВУ», 2001. – 48 с.
2. Каренгин А.Г. Плазменные техника и технологии в ядерном
топливном цикле: учебное пособие / А.Г. Каренгин, И.Ю. Новоселов,
А.А. Каренгин. − Томск : Изд-во ТПУ, 2020. − 149 c.
13
Лабораторная работа № 2
ГРАДУИРОВКА ДАТЧИКОВ РАСХОДА ЖИДКОСТИ И ГАЗА
2.1. Цель работы
1. Ознакомление с устройством и принципом действия плазмен-
ной установки на базе высокочастотного генератора ВЧГ8-60/13
(ВЧ-генератор).
2. Градуировка поплавковых ротаметров для подачи охлаждаю-
щей воды на элементы плазменной установки (анод генераторной лампы, сеточная и анодная индуктивность ВЧ-генератора, электрод и корпус ВЧФ-плазмотрона).
3. Градуировка поплавковых ротаметров для подачи плазмообразу-
ющего газа (воздуха) в кварцевую разрядную камеру ВЧФ-плазмотрона
и воздуха на охлаждение кварцевой разрядной камеры ВЧФ-плазмотрона.
4. Обработка и анализ полученных результатов. Построение гра-
дуировочных графиков расходов жидкости и газа.
2.2. Описание плазменной установки на базе ВЧФ-плазмотрона
В общем случае плазменная установка представляет собой функциональное объединение двух блоков (рис. 2.1):
генераторный блок (ВЧ-генератор);
технологический блок (ВЧФ-плазмотрон).
1
К
2
3
4
5
6
ВОДА
В8
В9
М2
Р4
В4
Р3
В3
Р2
В2
Р1
В1
В5
В6
В7
М1
Рис. 2.1. Схема плазменной установки на базе ВЧФ-плазмотрона:
1 – ВЧ-генератор ВЧГ8-60/13; 2 – водоохлаждаемый электрод;
3 – узел ввода плазмообразующего и охлаждающего газа;
4 – водоохлаждаемый корпус ВЧФ-плазмотрона; 5 – кварцевая разрядная
камера ВЧФ-плазмотрона; 6 – слив охлаждающей воды; К – компрессор;
М1, М2 – манометры; Р1–Р4 – ротаметры; В1–В9 – вентили
14
ВЧ-генератор размещён в экранированном металлическом шкафу,
обеспечивающем надёжную защиту от электромагнитного излучения.
Основные технические характеристики ВЧ-генератора ВЧГ8-60/13 приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Основные технические характеристики ВЧ-генератора ВЧГ8-60/13
Величина
Единица измерения
Значение
Напряжение питающей сети
В
380
Частота питающей сети
Гц
50
Потребляемая мощность
кВт
90
Колебательная мощность
кВт
60 ± 6
Рабочая частота
МГц
13,56 ± 0,13
КПД % не менее 75
Напряжение анодное
кВ
10,4…10,5
Ток анодный
А
7,6…7,7
Ток сеточный
А
1,8
Расход охлаждающей воды
м3/ч
не менее 1,4
ВЧ-генератор выполнен в стальном шкафу, разделенном на два отсека:
высокочастотный экранированный и неэкранированный. Шкаф ВЧ-генератора имеет двери с двух сторон, что делает удобным доступ ко всему размещенному в нем оборудованию. Двери снабжены электромеханической
блокировкой, которая обеспечивает безопасность обслуживания.
Высокочастотный экранированный отсек разделен на две части:
анодную и сеточную.
В анодной части расположены: генераторная лампа ГУ-66А со стендом охлаждения, водоохлаждаемая регулируемая анодная индуктивность,
две группы регулируемых вакуумных конденсаторов КП1-3-15/350 для
регулирования частоты и мощности ВЧ-генератора, фидер – для связи генератора с нагрузкой, дроссель безопасности, дроссели фильтра.
В сеточной части расположены: сеточная водоохлаждаемая индуктивность, вакуумный конденсатор КП1-3-15/350 с ручной регулировкой
сеточного тока, сеточный дроссель, блокировочные конденсаторы и антипаразитные сопротивления.
Электрические выводы из высокочастотного отсека выполнены через проходные конденсаторы.
В неэкранированном отсеке расположены: рубильник, контактор,
анодный трансформатор, выпрямитель, трансформатор накала генераторной лампы, аппаратура управления, контроля и защиты, вентилятор для
охлаждения генераторной лампы, приводы вакуумных конденсаторов.
15
На дверях ВЧ-генератора с лицевой стороны расположены измеритель-
ные приборы, сигнальные лампы, кнопки и тумблеры включения и управления генератором, блок стабилизации частоты, гнездо для измерения частоты.
На левой боковой стороне шкафа ВЧ-генератора расположен переключатель анодного напряжения (50 и 100 %).
На нижней раме ВЧ-генератора имеются трубки для подачи и слива
охлаждающей воды, болты для подсоединения генератора к общему заземлению.
Технологический блок (ВЧФ-плазмотрон) включает следующие
основные элементы (рис. 3.1): водоохлаждаемый электрод 2; узел ввода
плазмообразующего и охлаждающего газа 3; водоохлаждаемый корпус
ВЧФ-плазмотрона 4; кварцевая разрядная камера ВЧФ-плазмотрона 5;
слив охлаждающей воды 6; компрессор (К); манометры (М1, М2); ротаметры (Р1–Р4); вентили (В1–В9).
2.3. Порядок выполнения работы
Работа выполняется в следующей последовательности:
1. Градуировка поплавковых ротаметров охлаждающей воды:
открыть вентили В8 и В9 на водяном коллекторе, подаю-
щим охлаждающую воду;
в соответствии с заданием выбрать ротаметр, контролиру-
ющий расход охлаждающей воды;
установить с помощью вентиля поплавок на ротаметре про-
тив делений: 0, 20, 40, 60, 80, 100;
взять в руки шланг, присоединенный к выходному патрубку
ротаметра и опущенный в слив 6, быстро направить его в мерную
колбу (V = 500 мл) и включить секундомер;
определить время заполнения мерной колбы (V = 500 мл);
повторить замеры 5–7 раз;
результаты занести в табл. 2.2, 2.3.
2. Градуировка поплавковых ротаметров для подачи плазмообразу-
ющего газа (воздуха) в кварцевую разрядную камеру ВЧФ-плазмотрона
и воздуха на охлаждение кварцевой разрядной камеры ВЧФ-плазмотрона:
в соответствии с заданием выбрать расходомер, контроли-
рующий расход плазмообразующего газа (воздуха) в кварцевую
разрядную камеру ВЧ-плазмотрона (Р1) или воздуха на охлаждение
кварцевой разрядной камеры ВЧФ-плазмотрона (Р2);
подсоединить выходной патрубок расходомера к газовым
часам;
включить трёхфазный рубильник на питающем щите;
включить компрессор;
16
установить с помощью вентиля (В1, В2) поплавок на расхо-
домере против делений: 0, 20, 40, 60, 80, 100;
определить объем газа (в литрах), прошедший через газовые
часы за 1 мин;
повторить замеры 5–7 раз;
результаты занести в табл. 2.4, 2.5.
3. Провести математическую обработку полученных результатов.
Построить градуировочные графики ротаметров охлаждающей воды,
плазмообразующего газа и расхода газа, охлаждающего кварцевую разрядную камеру ВЧФ-плазмотрона. Сделать выводы.
Таблица 2.2
Время заполнения водой мерной колбы
Деления
Время заполнения водой мерной колбы (V = 500 мл), с
tср, с
1 2 3 4 5 6 7 0 20
40
60
80
100
Таблица 2.3
Массовый расход охлаждающей воды
Деления
Массовый расход охлаждающей воды, кг/с
вв
mm
, кг/с
1 2 3 4 5 6 7 0 20
40
60
80
100
Таблица 2.4
Объем газа, прошедший через газовые часы
Деления
Объем газа, прошедший через газовые часы, л
Vср, л
1 2 3 4 5 6 7 0 20
40
60
80
100
17
Таблица 2.5
Массовый расход газа
Деления
Массовый расход газа, кг/с
гг
mm
,
кг/с
1 2 3 4 5 6 7
0
20
40
60
80
100
2.4. Математическая обработка и представление результатов измерений
Производятся в следующей последовательности:
1. Для каждой серии измерений (n = 7) вычислить среднее значение:
_
1
1
.
n
i
i
tt
n
2. Определить погрешности отдельных измерений:
_
0
.
ii
t t t
3. Для контроля правильности вычислений отклонений результа-
тов измерений от среднего арифметического вычислить:
0
1
,
n
i
it
если результаты равны 0, следовательно, ошибок в расчетах не было.
4. Вычислить квадраты погрешностей отдельных измерений.
Для контроля правильности вычисления сумм квадратов отклонений
воспользоваться тождеством:
_
_
2 2 2
11
( ) .
nn
ii
ii
t t t nt
5. Вычислить среднюю квадратичную погрешность результата се-
рии измерений (среднего арифметического):
0
2
1
()
.
( 1)
n
i
i
x
t
S
n
18
6. Для определения границ доверительного интервала воспользо-
ваться неравенством Чебышева:
2
1
( ) 1
xx
P x k S x x k S
k
,
для доверительной вероятности α = 0,95 коэффициент kα = 4,4.
7. Вычислить границы доверительного интервала:
0
x
t k S
.
8. Вычислить относительную погрешность результата серии изме-
рений:
0
0
100 %
t
t
t
.
9. Построить по итогам проведенной обработки результатов изме-
рений градуировочные графики для поплавковых ротаметров охлаждающей воды, плазмообразующего газа и расхода газа, охлаждающего
кварцевую разрядную камеру ВЧФ-плазмотрона.
2.5. Требования к содержанию отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1. Цель проведения работы.
2. Схему плазменной установки и ее краткое описание.
3. Табличные данные и градуировочные графики для поплавковых
ротаметров массовых расходов охлаждающей воды, плазмообразующего газа и расхода газа, охлаждающего кварцевую разрядную камеру
ВЧФ-плазмотрона.
4. Анализ полученных результатов. Выводы.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите основные узлы плазменной установки на базе
ВЧФ-плазмотрона.
2. Опишите последовательность включения и выключения уста-
новки.
3. Перечислите требования безопасности перед началом, во время
и по окончании работы установки.
4. Перечислите требования безопасности при аварийных ситуаци-
ях на установке.
5. Как определяется погрешность отдельных измерений?
6. Как определяется среднее арифметическое значение для каждой
серии измерений?
19
7. Как осуществляется правильность вычислений отклонений ре-
зультатов измерений от среднего арифметического?
8. Как осуществляется контроль правильности вычисления сумм
квадратов отклонений результатов измерений?
9. Как осуществляется контроль правильности вычислений откло-
нений результатов измерений от среднего арифметического?
10. Как определяется среднеквадратичная погрешность результата
серии измерений (среднего арифметического)?
11. Что означает доверительная вероятность α = 0,95?
12. Назовите размер серии измерений, чтобы доверительная веро-
ятность составляла α = 0,95.
13. Назовите величину коэффициента kα для α = 0,95.
14. Как вычисляются границы доверительного интервала?
15. Как определяется относительная погрешность результата серии
измерений?
Список литературы
1. Кондрашов А.П. Основы физического эксперимента и математи-
ческая обработка результатов измерений / А.П. Кондрашов, Е.В. Шестопалов. – Москва: Атомиздат, 1977. – 195 с.
2. Ясельский В.К. Обработка результатов измерений : учебное по-
собие / В.К. Ясельский, А.И. Кузнецов, В.Ф. Дядик. – Томск : ТПИ,
1977. – 95 с.
20
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД ВЫСОКОЧАСТОТНОГО
ФАКЕЛЬНОГО ПЛАЗМОТРОНА
3.1. Цель работы
1. Определить коэффициент полезного действия (КПД) высокоча-
стотного факельного плазмотрона (ВЧФ-плазмотрона) при различных
значениях тока анода, плазмообразующего газа и охлаждающего кварцевую разрядную камеру газа.
2. Построить графические зависимости КПД ВЧФ-плазмотрона
от тока анода, расхода плазмообразующего газа и охлаждающего кварцевую разрядную камеру газа.
3. Провести анализ полученных результатов. Определить опти-
мальные режимы работы ВЧФ-плазмотрона с максимальным КПД. Сделать выводы.
3.2. Описание плазменной установки на базе ВЧФ-плазмотрона
Плазменная установка на базе ВЧФ-плазмотрона предназначена
для генерирования потоков воздушной плазмы и представляет собой
функциональное объединение двух блоков (рис. 3.1):
генераторный блок (ВЧ-генератор ВЧГ8-60/13);
технологический блок (ВЧФ-плазмотрон).
1
К
2
3
4
5
6
ВОДА
В8
В9
М2
Р4
В4
Р3
В3
Р2
В2
Р1
В1
В5
В6
В7
М1
Рис. 3.1. Схема плазменной установки на базе ВЧФ-плазмотрона:
1 – ВЧ-генератор ВЧГ8-60/13; 2 – водоохлаждаемый электрод;
3 – узел ввода плазмообразующего и охлаждающего газа;
4 – водоохлаждаемый корпус ВЧФ-плазмотрона; 5 – кварцевая разрядная
камера ВЧФ-плазмотрона; 6 – слив охлаждающей воды; К – компрессор;
М1, М2 – манометры; Р1–Р4 – ротаметры; В1–В9 – вентили