Электродуговой плазматрон

Электродуговой плазматрон

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

O П И С А Н И Е<»>SI4250

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авг. свид-ву— (22) Заявлено 18.06.79 (21) 2781290/24-07 с присоединением заявки «чав (23) Приоритет —. (51) N Кл.з

Н С5 В 7/22

Н 05 Н 1/34

Государственный комитет

СССР

Опубликовано 15.02.82. Бюллетень М 6 (53) УДК 621.365.29 (088.8) по делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 15.02.82 (72) Авторы изобретения .т

-- --"- — ° .т

В. A. Башкатов, М.-Э. Х. Исакаев, М. Б. Крешин,j

А. М. Чепчиков, E. М, Шелков и Э. Э. Шпильрайн1

Институт высоких температур AH СССР с (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМАТРОН

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическому нагреву газов дуговым разрядом, и может быть использовано в плазматронах при проведе. нии различных технологических процессов, а также научных исследований высокотемпературных процессов.

Известны плазматроны, содержащие концентричные водоохлаждаемые внутренний и выходной электроды, каналы для подачи рабочего газа в разрядную камеру плазматрона и изоляторы, в которых для уменьшения пульсаций тока и напряжения и, тем самым, для увеличения мощности дуги и температуры рабочего газа, выходной электрод выполнен одноступенчатым 11).

Недостатками таких плазматронов являются сравнительно малые КПД из-за больших суммарных тепловых потерь за уступом, а также существенные потери тепла в зоне срыва. Область привязки дугового разряда подвержена повышенной эрозии материала электрода, а неравномерность тепловых потоков по длине увеличивает требования к системе охлаждения выходного электрода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является плазматрон, содержащий соосно расположенные

2 центральный стержнеьой электрод и выходной наружный электрод, выполненный в виде охватывающего стержневой электрод нерабочего цилиндрического участка, 5 переходящего в расширяющийся сопловой участок f2).

В этом плазматроне, предназначенном для получения сверхзвукового потока, газ, температура которого уже возросла на

>О участке дуги после внутреннего электрода, резко ускоряется прп входе в горловину сопла, плотность тока и напряженность электрического поля заметно возрастают, а дуга имеет тенденцию привязываться

15 непосредственно за горловиной, уменьшая надежность работы плазматрона; прп этом возникающие пульсации тока и напряжения приводят к ограничению температуры газа на выходе из плазматрона, которая

20 находится на уровне 3000 К.

Целью изобретения является повышение надежности плазматрона путем увеличения стабильности горения дуги.

Указанная цель достигается тем, что 5 внутренняя поверхность соплового электрода выполнена с криволинейным профилем, причсм угол между касательной к. этой поверхности и осью электрода выполнен изменяющимся по длине электрода з0 в направлении выхода от 9 до 2, а рабо814250

3 чий торец стержневого электрода расположен в плоскости наименьшего сечения сопловой части выходного электрода.

На чертеже схематически изображен вариант плазматрона постоянного тока с с газовой стабилизацией дуги.

Плазматрон содержит внутренний электрод 1 с наконечником 2 пз торированного или лантанированного вольфрама, являющийся катодом, вихреву|о камеру с каналами 3 для тангенциальной подачи рабочего газа, изолятор 4 и выходной электрод 5, выполняющий функции сопла-анода. Катод и анод охлаждаются водой.

Плазматрон работает следующим об. разом.

Включается подача охлаждающей воды и рабочего газа, поступающего в канал 3.

Затем подается напряжение между катодом 1 и анодом 5 и одним из известных способов зажигается дуга между ними.

Профилирование внутренней стенки сопла анода выполнено из условия постоянства динамического напора газа oV по длине канала выходного электрода (o и среднемассовые плотность и скорость потока, определенные для данного сечения) .

Постоянный динамический напор обеспечивает более однородные условия для горения электрической дуги, плавное изменение параметров дуги по длине канала и, соответственно, лучшую стабилизацию дуги, в том числе стабильное вращение ооласти привязки дуги к выходному электроду под действием тангенциальной подачи рабочего газа или электродинамических сил, возникающих при взаимодействии тока с внешним магнитным полем.

Конец внутреннего электрода располагается в плоскости наименьшего сечения выходного электрода для того, чтобы весь положительный столб дуги находился в области постоянного динамического напора потока газа. В противном случае, когда конец катода не доходит до горловины выходного электрода, условия горения дуги в этой области сильно отличаются изза разных значений динамического напора, горловина становится диафрагмой, суживающей положительный столб, увеличивается местное значение напряженности электрического поля и облегчаются условия пробоя между столбом и выходным электродом в области непосредственно за горловиной. В случае значений указанных углов менее 2 на выходе и более 9 па входе сопловой части выходного электрода для различных рабочих газов в сопле плаз4 матрона не будет достигнут равномерный динамический напор. Профилирование соп ла выходного электрода и расположение торца внутреннего электрода в горловине

6 сопла обеспечива|от равномерный динамический напор, однородность параметров и стабилизацшо дуги по всей длине ее положительного столба, стабильность работы и лучший теплообмен на начальном участ1О ке дуги.

Тепловой поток становится более равномерным по длине выходного электрода, поэтому увеличивается надежность покрытия его внутренней поверхности высокотемпературным материалом, стойкого к среде рабочего газа и нанесенного с целью уменьшения тепловых потерь и увеличения тем самым коэффициента полезного действия плазматрона.

2р Устройство может быть выполнено и с использованием магнитного поля для стабилизации дуги, а также для работы на переменном токе.

Данный плазматрон обладает высокой

2> эрозиониой стойкостью выходного электрода и отсутствием заметных пульсаций тока и напряжения дуги при работе.

Формула изобретения

ЗО

Электродуговой плазматрон, содержащий соосно расположенные центральный стержневой электрод и выходной наруж| ый электрод, выполненный в виде охвазз тывающего стержневой электрод нерабоче| о цилиндрического участка, переходящего .: расширяющийся к выходу сопловой участок, отличающийся тем, что, с целью повышенпя надежности работы плазматрочо ца путем увеличения стабильности горения дуги, внутренняя поверхность соплового электрода выполнена с криволинейным профилем, причем угол между касательной к этой поверхности и осью электрода вы4з полнен изменяющимся по длине электрода в направлении к выходу от 9 до 2, а рабочий торец стержневого электрода расположен в плоскости наименьшего сечения сопловой части выходного электрода. дп

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коротеев В. А. и Урюков Б. А. Прикладная динамика и термическая плазма.

М., «Наука», 1975, с. 14 — 18.

2. Патент СШЛ Л 3106633, кл. 219—

75, 1963 (прототип) .

514250 доРа

Составитель Н. Писаревская

Техред А. Камышникова Корректор А. Степанова

Редактор С. Титова

Подписное

Изд. № 111 Тираж 856

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1288

Загорская типография Упрполиграфнздата Мособлисполкома