Электродуговой нагреватель газа постоянного тока

Электродуговой нагреватель газа постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<1599732

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАЙИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фткр,, (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.02.76 (21) 2325707, 07 (51) 1 1.Кл.з Н 05 В 7/18

Н 05Н 1/24 с присоединением заявки—

Государственный комитет (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.09.82. Бюллетень М 33 (45) Дата опубликования описания 07.09.82 оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621 365 29:

:533.99 (088,8) (72) Авторы изобретения

М. Ф. Жуков, А. Я. Лыткин, Г. H. Худяков и А. С. Аньшаков

Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского и Институт теплофизики СО АН СССР (71) Заявители (54) ЭЛ ЕКТРОДУГОВО И НАГРЕВАТЕЛ Ъ ГАЗА

ПОСТОЯННОГО ТОКА

I 2 тгл- -1

Р=Л т 1 >

ЗО

Изобретение относится к электротермни, а более конкретно к области получения низкотемпературной плазмы путем нагрева газа в электродуговых н агревателях и может быть использовано в,плазмохимических производствах, в плазменной металлургии и в космической технике.

Известны плаэмотроны, состоящие нз разрядной камеры и электродов. Между электродаыи в газовом потоке возбуждается электродуговой р азряд и нагретый и ионизированный газ вытекает из плазмотрона в виде плазменной струи.

Известен элетстродуговой нагреватель газа, содержащий разрядную камеру и подсоединенные к источнику питания катод и анод, выполненный по меньшей мере из двух одинаковых плазмотронов,снабженных выходными и торцовыми электродами.

Основным недостатком этого устройства является з начительная эрозия катода, трудность в равномерном распределвнни основного тока по нескольтои м параллельно горящим дуговым каналам плазмотронов в прианодной области разрядной камеры, так как при любом случайном уменьшении напряжения между то1рцовым электродом плазмотрона и проводящей приэлектродном зоной разрядной камеры, будет увеличнваться ток,,и, следовательно, будет увеличиваться эрозия электродов. Причем уровень эрозии торцовых электродовплавмотронов неодинаков, что приводит к ухуд5 шению работы всего агрегата.

Крогме того, в прототиле используется столько силовых и вспомогательных источников тока, на сколько отдельных дуговых каналов разбивается основная дуга в прнанодной области. Все это приводит к значительному усложнению и удорожанию системы электропитания генераторов плазмы.

Целью изобретения является увеличение срока службы нагревателя путем уменьше15 иия эрозии и равномерного износа электродов. Это достигается тем, что катод нагревателя выполнен в виде,по .меньшей мере двух одинаковых, снабженных входными и выходнымот вспомогательными электродами плазмотронов, а диаме11ры выходных электродов соответственно катодного и анодного узлов определяют:из соотношения:

599732 при т ) — 0,5, где т — безразмерный коэффициент;

0 — диаметр выходного вспомогательного электрода, м;

А — постоянная для заданного кг.В давления и рода газа

А

I — номинальный ток дупи в разрядной камере, А; и — количество плазмотр онов соответственно в анодном или катодном узле;

6 — номинальный рас.,од газа через выходной вспомогательный электрод, кг/с;

U — номинальное паде!ние напряжения на участке «торцовой электрод — проводящая лриэлектродная зона разрядной камеры» анодного или катодпого узла, В.

На фпг. 1 показан продольнь|й разрез и система электропитания электродного узла; на фиг. 2 — поперечный разрез в плоскости, проходящей через центры отверстий выходных вспомогательных электродов плазмотронов.

Н!апреватель состоит из разрядной камеры 1, корпус которой разделен изолятором 2 на катодную и анодную части. В изоляторе 2 имеется входное тангенциальное отверстие 3 для подачи,пл!аз!мообразующего таза ь разрядную камеру, а в торце разрядной камеры 1 — отверстие 4 для вдува газовой завесы.

Катодный и анодный узлы корпуса ðàçрядной камеры 1 аналогичны ло устройству и отделены от корпуса изоляторами 5.

Каждый узел состоит из нескольких (наприме р нз четырех) одинаковых по устройству плазмотронов 6, содержащих торцовой электоод 7, .изолятор 8, входное отверстие 9 для газа и выходной вспомогательный электрод 10 с отверстием 11, через которое, внутренняя полость плазмотрона 6 сообщается с разрядной каме рой 1, где горит электрическая дуга 12. Анодный узел разрядной ка!меры 1 имеет отверстие 13 для выхода плазменной струи.

Система электропитания электродугового нагревателя газа содериит источник 14 постоянного тока, контактор 15, а также вопомопательные источники 16, контакторы 17 и вентили 18 в количестве, равном количеству пла!змотро!нов в катодном I анодно м узлах, содержащих дуговые ка.налы 19.

Описанный электродуговой напреватель газа, работает следующим образом. Через входные отверстия 3 и 4 в разрядную камеру 1 подают плазмообразующий газ и газ, образующий газовую завесу на торце разрядной камеры, а через отверстия 9 плазмотронов 6 — защитный газ, например аргон или азот в случае вольфрамовых электродов 7, или воздух — в случае цирконпевых электродов 7.

Контакторамн 17 от вспомогательного источника 16 на электроды 7,и 10 каждог< плазмотрона 6 подают на!пряжение и возбуждают электродуговые разряды. Образующиеся плазменные потоки истекают через отверстия 11 во внутреннюю полость разрядной камеры 1 и образуют проводящую .зону между катодом и анодным узлами разрядной намеры 1. Включением контактора 15 на электроды 7 каждого плазмотрона катодного и анодного узла подается силовое налравление от основного ис15 точника 14 постоянного тока и в разрядной камере 1 возбуждается электродуговой разряд, ток к которому подводится через дуговые каналы 19 плазмотронов в отверстиях 11. Для предотвращения протекания тока от источника 14 через контакторы 17 и вс!помогательные источи!ики 16 служат вентили 18. Такое подсоединение вентилей

18 препятствует образованию промежуточ:ных электродных пятен основной силовой дуги 12 на выходных электродах 10, и весь силовой ток от источника 14 распределяется через электроды 7 и дуговые каналы 19 в отверстиях 11. После зажигания

30 силовой дуги 12 контакторы 17 могут отключаться. Нагретый плазмообразующий газ в электрической дуге 12 в виде плазменной струн истекает через отверстие 13 разрядной камеры.

Выполнение анодной:и катодной частей нагревателя из ллазмотронов подключенных к одному источнику питания, позволяет равномерно распределить разрядный ток

I,а электродах до такой величины, при которой,обеспечивается минимальная эрозия

40 электродов †анод и катодов.

Выбор диаметра отверстия 11 осуществляется в зависимости от тока, расхода защитного газа и падения напряжения между электродами 7 и проводящей зоны основного дугового канала вблизи выход!ных электродов 10 по формуле:

Коэффициент т определяется экспериментально для данного плазмотрона и po;,а (/ g /! газа из зависимости — f (——

l GD, Элект!родуговые разряды плазмотронов

60 горят и ри возрастающеи вольт-ампер ной

Ю характеристике, если расчет диаметров проведен при значениях т) — О!5, Это дает возможность объединять в электродныи узел непосредственно подсоединенное к одному полюсу источника 14 оольшое число параллельно соединенных вспомогательных плазмотронов 6 с одинаковыми параметрами, и тем самым равномерно распределять ток электрической дуги 12 по нескольким дуговым каналам 19, количество кото рык выбирается из условий минимальной и раг,номерной эрозии электродов 7. Величина тока отдельного дугового канала вспомогательного плазмотрона в отверстии 11 при постоянном диаметре отверстия D, 10 постоянным расходе защитного газа G u падения напряжения U также строго постоянна и гарантируется не условиями работы электрической схемы, .а только выбором диаметра D в соответствии с фор- 15 мулой.

Таким образом, данный электродуговой нагреватель газа позволяет значительно уменьшить эрозию электродов при равномерном их износе, а это в свою очередь дает возможность создавать нагреватели газа большой единичной мощности, например в несколько десятков мегаватт, и резко увеличить ресурс непрерывной работы их за счет распределения тока оановной дуги в разрядной камере по дуговым каналам отдельных плазмотронов.

Формула изобретения

Электродуговой нагреватель газа постоянного тока, содержащий разрядную камеру, катодный узел и выполненный в виде по меньшей мере, двух одинаковых плазмотронов, каждый из которых снабжен 35 торцовым и выхо,чным вспомогательным электродами. аподый узел, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью увеличения срока службы нагревателя путем уменьшения эрозии и повышения равномерности износа электродов, катодный узел выполнен также в виде по меньшей мере двух одинаковых плазмотронов, каждый из которых снабжен торцовым,и выходным вспомогательным электродами, а диаметры выходных вспомогательных электродов определяют из соотношения.

D == А при m) — 0,5, где D — диаметр выходного вспомогательного электрода м;

Л вЂ” постоянный коэффициент для заданного давления и рода газа;

l — номинальный ток дуги в разрядной камере, А; л — количество плазмотронов соответственно в анодом или катодном узле;

G — номинальный расход газа через выходной вспомогательный электрод, кг/с;

U — номинальное падение напряжения на участке «торцовой электрод — проводящая приэлектродная зона разрядной камеры» катодного илп анодного уз"".à, В;

m — безразмерный коэффициент. о99732

Редактор П. Горькова

Техред И. Пенчко

Корректор С, Файн

Тип. Харьк, фил. пред. «Патент»

Заказ 908/681 Изд. № 219 Тираж 856 Подписное

НПО «Поиск» Государственнсво комитета СССР по делам изобрет< ний oTKðûòèÀ

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4!5