ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Генераторы низкотемпературной плазмы (плазмотроны) из "Машиностроение Энциклопедия Т IV-12 " Основой для создания низкотемпературной плазмы является газоразрядная техника, в частности, плазмотроны или плазменные генераторы. Вид их зависит от того, какой тип разряда в них используется. Практическое применение находят устройства, использующие дуговой, высокочастотный, сверхвысокочастотный и, в некоторых случаях, оптический разряды. В настоящее время наибольшее распространение получили электродуговые и высокочастотные плазмотроны. [c.442] Дуговые плазмотроны. В них реализуется дуговой разряд при больших токах (от единиц ампера до десятков килоампер и более). Размер дуги может изменяться от нескольких миллиметров до 1 м и более, а ее мощность достигать десятков мегаватт. Принцип действия дугового плазмотрона прост - между электродами зажигается разряд, который нагревает обдувающий его газ до высокой температуры. Дуговой плазмотрон постоянного тока состоит из следующих основных узлов одного (катода) или двух (катода и анода) электродов, разрядной камеры и узла подачи плазмообразующего вещества. [c.442] Для изготовления электродов электроду-говых плазмотронов применяют тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден, цирконий, гафний или специальные сплавы. Ресурс работы вольфрамового катода при токах до 1000 А составляет несколько сотен часов и определяется в основном природой плазмообразующего газа. Катоды выполняются из циркония или гафния, наиболее устойчивых материалов при работе дуговых плазмотронов в окислительных средах. На поверхности этих материалов образуется оксидная пленка, с одной стороны, хорошо проводящая электрический ток при высоких температурах, а с другой, - предохраняющая металл от дальнейшего быстрого окисления. [c.443] Часто электроды дугового плазмотрона выполняют в виде медных водоохлаждаемых конструкций. Эрозия медных электродов приблизительно на два порядка выше чем, например, циркониевых, при одних и тех же условиях. [c.443] Газовая стабилизация разряда осуществляется путем тангенциальной подачи стабилизирующего газа в разрядный промежуток, при этом горячая дуга оттесняется от стенок разрядной камеры, предохраняя последнюю от чрезмерного нагрева и разрущения. Однако при вихревой стабилизации дугового разряда происходит и некоторое сжатие потока плазмы, что ведет к уменьщению объема реакционной зоны, поэтому в некоторых случаях стабилизирующий газовый поток не закручивают, а направляют параллельно столбу дуги. Обычно стабилизирующий газ одновременно является и плазмообразующим веществом. Пример расчета дугового плазмотрона линейной схемы рассмотрен в [30]. [c.444] Мощность дуговых плазмотронов колеблется в диапазоне 0,1...10 кВт температура струи на срезе сопла 3000...25 ООО К скорость истечения струи 1...10 м/с промышленный КПД 50...90% ресурс работы достигает несколько сотен часов в качестве плазмообразующих веществ используют воздух, N2, Аг, Н2, NH4, О2, Н2О, газообразные углеводороды. [c.444] К недостаткам дуговых плазмотронов следует отнести невозможность получения чистой плазмы, свободной от примесей. Постоянное разрушение электродов дугового плазмотрона и загрязнение продуктами их эрозии плазмы не позволяет использовать эти аппараты в тех плазмохимических процессах, к которым предъявляют высокие требования по чистоте получаемых продуктов. [c.444] Высокочастотные плазмотроны могут быть как электродными, использующими коронный, факельный разряды, так и безэлек-тродными - высокочастотные индукционные (ВЧИ), емкостные (ВЧЕ), сверхвысокочастотные (СВЧ). Основные преимущества безэлек-тродных плазмотронов перед электродными (в том числе электродуговыми) заключаются в высоком ресурсе работы (несколько тысяч часов) в отсутствии зафязнения получаемых в плазмохимическом реакторе материалов продуктами эрозии электродов в возможности работы на чистом кислороде или на других агрессивных плазмообразующих газах. [c.444] Высокочастотные индукционные (ВЧИ) плазмотроны являются наиболее распространенными из безэлектродных плазмотронов. Их отличает высокая надежность в эксплуатации, относительная простота конструкции и большой ресурс работы. Принцип действия их основан на возбуждении разряда специальным индуктором в виде многовитковой катушки, выполненной из медной водоохлаждаемой трубки. Внутрь индуктора вставлена разрядная камера, в которой возбуждается разряд. Материал разрядной камеры должен быть прозрачным для ВЧ-электромагнитного поля, обычно это кварц. На рис. 4.6.3 показана конструкция металлургического ВЧИ-плазмотрона с кварцевой разрядной камерой, описанной в [37]. [c.445] Вместе с тем, в случае проведения плазмохимических реакций, использующих двухфазные потоки, срок службы кварцевых разрядных камер становится весьма ограниченным вследствие попадания на них горячей твердой фазы. При этом часто происходит ее вплавление в стенки камеры, что приводит к постепенному нарушению режима работы плазматрона. [c.445] Известно, что замкнутый цилиндр из электропроводного материала непрозрачен для электромагнитного поля, однако если сделать в этом цилиндре хотя бы один продольный разрез, то поле свободно проникнет внутрь. Поэтому металлические газоразрядные камеры для ВЧИ-плазмотронов делают разрезными или секционными. Специальные разрезные водоохлаждаемые металлические разрядные камеры обычно изготовляют из меди, т.е. из материала с хорошей электропроводностью. На рис. 4.6.4 представлены разные варианты конструктивных решений для секционных металлических газоразрядных камер, различающихся между собой числом секций и их формой. [c.445] Так как индукционный и емкостной высокочастотные разряды являются безэлектрод-ными, плазмотроны на их основе используют для нагрева активных газов (Oj, I2, воздуха и др.), паров агрессивных веществ (хлоридов, фторидов и др.), а также в том случае, если требуется генерировать особо чистую плазму. [c.446] При выборе генератора низкотемпературной плазмы учитывают требуемую мощность, ресурс работы на плазмообразующем газе заданного химического состава, параметры плазменной струи (температуру, скорость, допустимость загрязнений продуктами эрозии электродов и др.). Так, если отсутствуют специальные требования к чистоте целевого продукта, то чаще всего выбирают установки на основе электродуговых плазмотронов. Их применяют также в тех случаях, когда требуемая мощность превышает 300...500 кВт, что реализуется намного проще. [c.446] Вернуться к основной статье