- •1 Аналітичний огляд
- •1.1 Плазмове різання
- •1.2 Плазмотрони для різання металів
- •1.2 Катоди
- •2 Розрахунок плазмотрона
- •2.1 Розрахункова схема плазмотрона
- •2.2 Розрахунок робочих параметрів і геометричних розмірів плазмотрона
- •2.3 Розрахунок системи охолодження
- •2.3.1 Розрахунок охолодження катода
- •2.3.2 Розрахунок охолодження анода 1
- •2.3.3 Розрахунок охолодження анода 2 (електрод з уступом)
- •2.4 Розрахунок ресурсу роботи плазмотрона
- •2.4.1 Розрахунок ресурсу роботи анода 2
- •2.4.2 Розрахунок ресурсу роботи анода 1
- •2.4.3 Розрахунок ресурсу роботи катода
- •3 Визначення характеристик плазмотрона
- •3.1 Електричні характеристики
- •4.2. Заходи щодо техніки безпеки
- •4.2.1 Загальні вимоги безпеки
- •4.2.2 Вимоги безпеки перед початком роботи
- •4.2.3 Вимоги безпеки під час роботи
- •4.2.4 Вимоги безпеки після закінчення роботи
- •4.2.5 Вимоги безпеки в аварійних ситуаціях
- •4.3. Розрахунок захисного заземлення
- •4.4 Розрахунок кількості повітря, необхідної для забезпечення нормальних параметрів мікроклімату
- •Висновки перелік посилань
2.3.3 Розрахунок охолодження анода 2 (електрод з уступом)
Розрахуємо повний тепловий потік у вихідний електрод (анод). Він буде дорівнювати:
(2.48)
Густина теплового потоку в стінку електроду на ділянці за уступом розраховується за формулою:
(2.49)
Далі задаємо температуру охолоджуваної стінки електроду рівній температурі кипіння води при тиску Па – , і визначаємо максимально допустимий перепад температури на стінці мідного електроду за наступною формулою:
оС, (2.50)
де – температура плавления меди;
Тепер розрахуємо максимально допустиму товщину стінки аноду:
(2.51)
Так само, як і у разі розрахунку охолодження гладкого вихідного електроду, необхідно при виборі товщини мідної стінки керуватися міцнісними, ресурсними і іншими міркуваннями. [Жуков] Приймаємо товщину стінки електроду рівною
Температурний перепад на ній буде рівний:
(2.52)
Отримана величина свідчить про те, що в даному випадку доцільно охолодження електроду робити загальним.
Подальший розрахунок необхідно вести, виходячи з максимальної щільності теплового потоку на ділянці електроду за уступом і рівною:
(2.53)
де - зовнішній діаметр вихідного електроду, рівний 0,075 м.
Знайдемо значення критичного теплового потоку, вибравши коефіцієнт надійності охолодження
(2.54)
Визначимо середнє значення температури води в сорочці охолодження вузла вихідного електроду. Візьмемо температуру перепаду охолоджувальної води , отримаємо середнє значення температури води:
(2.55)
Тепер знайдемо недогрівання води при :
(2.56)
Знайдемо необхідні для подальших обчислень константи при тиску 105 Па:
Швидкість охолоджувальної води, що вимагається, має бути рівна:
(2.57)
Секундна витрата води через сорочку охолодження вийде:
. (2.58)
Величину водяного проміжку в сорочці охолодження визначимо з урахуванням того, що , отримаємо:
(2.59)
Керуючись конструктивними міркуваннями, приймемо величину водяного проміжку рівною м.
Для уточнення величини температури охолоджуваної поверхні стінки і перевірки режиму її охолодження знайдемо значення визначальних критеріїв, а саме: Nu, Re, Pr.
Число Рейнольдса дорівнює:
, (2.60)
де V – кінематична в'язкість води при температурі 30 .
Це значення відповідає розвиненій турбулентній течії.
Знайдемо число Прандтля для потрібних нам температур [Варгафтик]:
– число Прандтля при ;
– число Прандтля при
– коефіцієнт пропорційності.
По формулі (2.45) знайдемо число Нуссельта:
Тепер знайдемо коефіцієнт теплопровідності:
, (2.61)
де – коефіцієнт теплопровідності води при температурі .
Тепер необхідно з'ясувати характер тепловіддачі у стінки. Для цього визначимо щільність теплового потоку, що відповідає початку кипіння. Підставляючи необхідні дані, отримаємо:
(2.62)
Оскільки , то теплообмін у стінки відбувається в режимі бульбашкового кипіння рідини. Тому температура стінки повинна розраховуватися:
(2.63)
де
, (2.64)
в свою чергу:
(2.65)
константи рівняння (2.65), підставляючи до нього числові значення отримаємо:
тепер знаючи , розрахуємо з рівняння (2.64):
,
таким чином, температура стінки відповідно до рівняння (2.63) складе:
Оскільки температура стінки , виявилася близькою до заданої на початку розрахунку, то другого наближення можна не робити.
Середня температура робочої поверхні анода в зоні ерозії складає:
(2.66)
де температурний перепад на стінці анода в першому наближенні.
Тоді підставляючи значення у формулу (2.66), отримаємо середню температуру поверхні анода в зоні ерозії :
що нижче температури плавлення міді (1083 0С).