Вихревые плазмотроны

Рис. 7.28. Конструкция вихревого плазмотрона

Рис. 7.29. Вольт-амперная характеристика вихревого плазмотрона

При малых значениях тока дуга протягивается через весь канал (два конфузора и смесительная камера). При достижении некоторого критического значения силы тока дуга начинает замыкаться на стенки конфузора. Начиная с этого значения тока, каждый канал работает независимо, как обычный вихревой плазмотрон при увеличении тока уменьшается длина дуги, а вкладываемая мощность растет незначительно. Замыкание электрической дуги на конфузоры легко обнаруживается по следам на их поверхностях и зависит не [c.27]

Рис. 7.30. Схемы плазмотронов и вихревых течений в них

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]

Принципиальная схема плазмотрона с вихревой стабилизацией дуги приведена на рис. 1.1. Он содержит цилиндрические электроды 1,4 (для определенности будем считать электрод 1 катодом, а электрод [c.6]

Рис. 1.1. Схема плазмотрона с вихревой стабилизацией разряда

Почему пробой происходит в точке а, а не, скажем, в точке 6. отрицательный потенциал которой по отношению к аноду выше Как уже указывалось, вихревая подача газа приводит к тому, что вдоль стенки анода образуется пелена холодного газа, пробивная прочность которой достаточно велика. По мере движения по каналу газ нагревается, кроме того, увеличивается диаметр дуги, поэтому пробивная прочность промежутка "дуга - стенка снижается и в некоторой точке а происходит пробой. Если, например, уменьшить внутренний диаметр анода, то расстояние от оси дуги до стенки уменьшится, а температура дуги возрастет, а пробивная прочность промежутка дуга - стенка снизится и точка а сместится ближе к вихревой камере. Уже из этого рассуждения ясно, что без учета явления шунтирования дуги нельзя правильно организовать рабочий процесс в плазмотроне. [c.8]

Следует подчеркнуть, что процесс шунтирования наблюдается не только в канале плазмотрона с вихревой стабилизацией дуги, а носит универсальный характер. Он присущ практически всем дуговым разрядам. при горении которых возникают условия для увеличения длины дуги во времени, независимо от того, какие движущие силы вытягивают дугу поток газа, электромагнитное взаимодействие с собственным или приложенным магнитным полем и т.д. [c.8]

Таким образом, в плазмотроне со сплошным металлическим каналом-электродом реализуется дуга с самоустанавливающейся длиной. Процесс шунтирования вызывает снижение вольт-амперных характеристик и значительные колебания параметров плазменного потока. Этот процесс препятствует увеличению вкладываемой в дугу удельной мощности (при постоянном расходе газа), например, путем увеличения тока. Рост тока приводит к смещению сечения пробоя ближе к вихревой камере, т.е. длина дуги уменьшается и соответственно уменьшается напряжение на ней. что в общем компенсирует увеличение тока, поэтому вкладываемая в дугу мощность меняется мало. По этой причине дуги с [c.8]

Наиболее очевидный способ избавиться от шунтирования - это поместить между вихревой камерой и анодом канал, выполненный из изолятора. Однако организовать эффективное охлаждение этого канала весьма сложно, поэтому длительность работы таких плазмотронов мала. [c.9]

Экспериментально установлено, что при вихревой подаче холодного воздуха в плазмотрон дуга менее подвержена выносу на торец электрода. Лучший эф кт дает закрутка воздуха в сторону вращения дуги под действием магнитного поля. Такое поведение дуги связано с тем, что за счет закрутки возникает градиент давления в холодном воздухе в направлении от внутреннего электрода к внешнему. Этот градиент уменьшает циркуляцию горячего газа, отчего уменьшаются скорости холодного воздуха у поверхности внутреннего электрода. Оценки показывают, что момент количества движения подаваемой тангенциально струи холодного воздуха (М = G R) может быть не [c.24]

Удачным объединением преимуществ плазмотронов с вихревой стабилизацией дугового разряда и плазмотронов с магнитной стабилизацией является плазмотрон так называемой комбинированной схемы (рис. 1.12). [c.25]

По принципу устройства комбинированный плазмотрон похож на плазмотрон с вихревой стабилизацией дугового разряда, но имеет дополнительно наложенные магнитные поля в приэлектродных зонах для вращения разряда и управления его положением. [c.25]

Это сходство приводит к тому, что, описывая плазмотроны комбинированной схемы, некоторые авторы относят их то к плазмотронам с магнитной стабилизацией, то к плазмотронам с вихревой стабилизацией разряда. Существенным, однако, является то, что схема комбинированного плазмотрона имеет важнейшие принципиальные преимущества, состоящие в следующем. [c.25]

Схема азотного плазмотрона приведена на рис. 1.16. Жидкий азот (или жидкий воздух) подается через два отверстия диаметром 3 мм по касательной к поверхности вихревой камеры. Вдоль оси камеры образуется цилиндрический канал, диаметр которого практически равен диаметру стабилизирующей шайбы, через которую производится слив жидкого азота. [c.30]

ПЛАЗМОТРОНЫ С ВИХРЕВОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ДУГОВОГО РАЗРЯДА [c.42]

Рис. 2.1. Плазмотрон с вихревой стабилизацией дугового разряда

Конструкция электрода приведена на рис. 2.3. Она является достаточно типичной для плазмотронов комбинированной схемы с вихревой стабилизацией, рассчитанных для работы при больших силах тока в разряде. Электрод выполнен в виде цилиндра. Рабочая стенка [c.45]

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДУГОВОГО РАЗРЯДА В ПЛАЗМОТРОНЕ С ВИХРЕВОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ [c.90]

Как и плазмотроны с магнитной стабилизацией дуги, плазмотроны с вихревой стабилизацией отличаются разнообразием конструкций и типоразмеров. В данном разделе в качестве примера приведем типичные характеристики плазмотрона, показанного на рис. 2.1. [c.90]

Вихревые плазматроны или плазмотроны с вихревой стабилизацией плазменного жгута известны давно, и их характеристики можно найти в изданных зарубежных и отечественных монофа-фиях. Однако устройства, генерирующие поток плазмы заданных параметров, целенаправленно использующие характерные особенности эффекта Ранка, впервые были описаны в 1992 г. [148]. Особенность таких устройств — это уже отмеченное ранее естественное конвективно-пленочное охлаждение корпусных элементов подаваемым через сопло закручивающего устройства потоком интенсивно закрученного газа, перемещающегося от сечения соплового ввода к противоположному концу вихревой камеры плазмотрона в виде квазипотенциального периферийного вихря. Одновременно осуществляя аэродинамическую стабилизацию, вихревые плазмотроны на базе вихревых энергоразделителей Ранка позволяют заметно повысить интенсивность повышения температуры плазменного факела при увеличении коэффициента теплоотдачи. Термический КПД в опытах составлял 85 94% [c.353]

Периферийный квазипотенци-альный вихрь, выполняя функцию тепловой защиты стенок камеры сгорания и других элементов конструкции, обеспечивает стабилизацию дугового разряда, офани-чивая рост дуги при увеличении рабочего тока [78, 149, 192]. Вихревая характеристика вихревого плазмотрона имеет восходящий участок, наличие которого улучшает технологические качества устройства, обеспечивая возможность гарантированной устойчивой работы дуги на восходящем участке при отсутствии в электрической цепи питания балластного сопротивления. Эго нетрудно показать, воспользовавшись анализом уравнения Кирм-офа, записанного для цепи электропитания плазмотрона [78]. Горение дуги будет устойчивым, если действительные части корней уравнения Кирхгофа отрицательны [c.355]

В последние годы закрутку потока стали широко использовать для интенсификации процесса горения. При создании эффективных фронтовых устройств камер сгорания в воздушно-реактивных двигателях, для стабилизации фронта пламени в различных камерах сгорания, при создании эффективных горелочных устройств, плазмотронов с вихревой стабилизацией все большее применение находят потоки с различной интенсивностью закрутки. Это обусловливает актуальность работ, направленных на понимание и описание термогазодинамики закрученных течений как при окислительно-восстановительных экзотермических химических реакциях, так и в их отсутствие. Необходимо вооружить практику методиками экономного расчета и проектирования технических устройств с закруткой потока, а сами устройства сделать более эффективными и экологически чистыми. [c.7]

В плазмогенераторах с вихревой стабилизацией среднеинте-фальная температура факела возрастает с увеличением интенсивности закрутки потока 5= Vj y - На рис. 7.28 показана схема плазмотрона, использующего в качестве плазмообразующего га- [c.353]

Возможность эффективной тепловой зашиты корпусных элементов от больших тепловых потоков успешно используется и при создании экспериментальных СВЧ плазмотронов [64]. Схемы СВЧ плазмотронов с предполагаемыми картинами течений при прямоточно-вихревой и возвратно-вихревой стабилизации плазмы показаны на рис. 7.30, а на рис. 7.31 показана зависимость мощности плазменного СВЧ излучения поглощаемого разрядом, и тепловой мощности fV , вьшеляюшейся в контуре охлаждения плазмотрона. Результаты опытов приведены в виде зависимости доли тепловых потерь WJW от удельного вклада энергии в разряд У = WJG, где G — расход плазмообразуюшего газа — азота. Результаты численного моделирования показаны на рис. 7.32,а — для традиционной прямоточно вихревой стабилизации и на рис. 7.32,6 — для случая с возвратно-вихревой стабилизацией. В первом случае рабочее тело — плазмообразующий газ — азот в виде закрученного потока подается в разрядную камеру, а во втором случае он подается в дополнительную вихревую камеру со скоростями 100 м/с ((7= 1 г/с) и 225 м/с ((7= 1,5 г/с), соответственно. По мнению автора работы [64] возвратный вихрь сжимает зону нагрева, предохраняя стенки камеры плазмотрона от перегрева. Основная часть газа проходит через разрядную зону, а размер зоны рециркуляции незначителен. В традиционной схеме (см. рис. 7.32,а) входящий газ смешивается с циркулирующим потоком плазмы и основная часть газа проходит мимо разряда вдоль стенок кварцевой трубки. Судя по приведенным модельным расчетам, схема с возвратно-вихревой стабилизацией позволяет снизить максимально достижимую температуру нагрева корпусных элементов примерно в 2,5 раза. Наиболее нагретая часть область диафрагмы, непосредственно примыкающая к отверстию имеет температуру 1400 К. Таким образом, использование возвратно-вихревой стабилизации плазмы позволяет изготовить СВЧ плазмотрон неохлаж-даемым из кварцевого стекла. Дальнейшее моделирование течения [c.356]

Местная закрутка потока широко используется в энергетических установках и других технических устройствах для организации и интенсификации различных процессов. Закрутка является эффективным средством стабилизации пламени в камерах сгорания авиационных двигателей, используется для интенсификации тепло- и массообмена в каналах, защиты стенок камеры и стабилизации электрической дуги в плазмотронах [ 18] и т. д. Ёольшие перспективы имеет использование закрутки в вихревых МГД-генераторах, для регулирования тяги ракетных двигателей [ 30], удержания тяжелых атомов урана в камерах ядерных энергетических установок [35], в химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. [c.7]

Установка УВПР Киев предназначена для резки металла толщиной до 60 мм (по алюминию). Она состоит из блока питания,, шкафа управления и плазмотрона ВПР-9 с вихревой системой стабилизации дуги. Плазмообразующий газ — воздух. Установка используется для комплектовки машин портального и портально-консольного типов. [c.220]

В качестве простейшего примера рассмотрим обобщенные Больт-амперные характеристики плазмотрона с вихревой газовой стабилизацией электрической дуги (фиг. 24-11), предложенные Ь г автором и О. И. Ясько. -- [c.621]

Электроразрядный реактор фирмы Хюльс (рис. 4.6.7, а), предназначенный для пиролиза природного газа, выполнен на базе линейного плазмотрона постоянного тока мощностью 8,2 МВт с холодным катодом и вихревой стабилизацией разряда. Между катодом диаметром 150 мм и трубчатым анодом длиной 1500 мм и диаметром 100 мм в вихревую камеру подают метан (природный газ). В результате его пиролиза на выходе получают до 14,5% ацетилена и 63,4 % водорода при расходе электроэнергии 103 кВт ч на 1 кг ацетилена. [c.449]

По типу рабочего процесса все многочисленные схемы плазмотронов можно объединить в 3 класса 1) плазмотроны с вихревой стабилизацией дуги 2) плазмотроны с магнитной стабилизацией дуги и 3) плазмотроны со стабилизацией дуги стенками кянала. [c.5]

Чтобы избавиться от основных недостатков вихревого гфазмотрона обычной схемы (см. рис. 1.1), был создан Тандем - плазмотрон, схема которого представлена на рис. 1.13. Он составлен из двух вихревых камер, объединенных общей смесительной камерой. Электрическая дуга горит вдоль всего канала и замыкается на два цилиндрических электрода. Приэлектродные ножки дуги перемещаются под действием магнитного поля, что обеспечивает хорошую стойкость электродов. Воздух подается по тангенидально расположенным отверстиям в изоляторе. Закрутка воздуха обеспечивает стабилизащж) дуги на оси канала. Изоляторы утоплены в специальные карманы и не подвергаются нагреву от прямого излучения дуги. Боковой выход горячего газа из смесительной камеры обеспечивает равномерность параметров в выходном сечении сопла. [c.27]

В этом разделе рассматривается плазмотрон, в котором в качестве рабочего тела используется жидкий азот. Его схема аналогична широко известным схемам водяных плазмотронов, описанных Ф. Бурхор-ном, Г. Меккером и др. Однако создание такого "криогенного плазмотрона по сравнению с аналогичным водяньал плазмотроном связано с некоторыми принципиальными трудностями. Эти трудности вызваны тем, что жидкий азот, подаваемый в вихревую камеру, не может быть так же сильно переохлажден, как вода. [c.30]

Конструкция плазмотрона комбинированной схемы имеет много общего с конструкцией плазмотрсжа с вихревой стабилизацией разряда (аналогичны электроды, ра дные камеры, системы ввода рабочего тела), а отличие состоит в тс , что электроды снабжены соленоидами. Истечение высокотемпературного рабочего тела может быть двусторонним (через оба электрода) или односторонним (через один [c.53]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...