Сопло плазмотрона

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК710248 А К 10/00 1)5 ПИСАНИ ЗОБ Т И ентр при ом инстиРекламва, - Но змотехния воспласмеси в двигателазмотехнидля восплаой смеси в х двигателей энергетичеИзобретени ке и может быть менения топл камерах сгоран внутреннего сго ских установок. относится к спользова вовоздуш и цилиндр ния и топк с выполнен зором 6 для повы шеение рен, раз а 1, внутд) 2, катод ГО СУДА Р СТ В Е ННЫ К 1 КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Электродуговые плазмотроныный проспект под ред. М.ф, Жуковосибирск, 1980, с. 74.(57) Изобретение относится к плаке и может быть использовано длменения топливовоздушнойкамерах сгорания, и цилиндрах Целью изобретения являетсние надежности в работе и увелсурса работы плазмотрона. На чертеже показан плазмо ез, Плазмотрон состоит из кор и которого помещены сопло(а лей внутреннего сгорания и топках энергетических установок, Цель изобретения - повышение надежности плазмотрона в работе и увеличение ресурса работы, Плазмотрон содержит корпус с отверстиями для подвода. и закрутки плазмообразующего газа. Внутри корпуса расположены изолированные одно от,другого сопло и катод. Сопло имеет последовательно расположенные по ходу газа участки а, Ь и с различной длины и с различным электрическим сопротивлением, что снижает потери тепла.в сопле и исключают привязку дуги к торцу сопла. Сопла может быть изготовлено из оксикарбонитридной керамики с добавлением на участке Ь тугоплавкого металла, например молибдена, 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 3, изолятор 4 между ними. Корпус отверстиями 5 и кольцевым заподачи плазмообразующего газа.Сопло 2 выполнено в видеческой втулки с переменным эротивлвнием, составляющимприлегающем к входному оСопло изготовлено из оксикарбонитридной керамики с добавками на участке Ьтугоплавкого металла, например молибде" на, в количестве 5-40 мас. .Сопло плазмотрона работает следующим образом.Подают напряжение от источника питания. Одновременно через отверстия 5 икольцевой зазор б подают плазмообразующий газ. Между катодом и соплом (анодом) 1возникает электрическая дуга. Поток плазмообразующего газа перемещает ее вдолькатода до участка Ь с низким удельным электросопротивлением, где дуга надежно шунтируется,Удельное сопротивление стенок участка а (0,5-1,2) 10 Ом см обеспечивает зажигание дуги, исключает электрическийпробой дуга - стенка и крупномасштабное еешунтирование. При удельном сопротивлегнии стенок участкаа, больше 1,2 10 Ом смнаблюдается срыв плазменного разряда ивынос его из плазмотрона плазмообразующим газом, а при значениях удельного электросопротивления, меньше 0,5 10 Ом см,возникают пульсации дуги, что затрудняетее стабилизацию. Низкое удельное электросопротивление (0,5 - 5,0) 10 Ом см участкав обеспечивает надежную фиксацию дуги.Удельное сопротивление 5 10 Ом см соответствует добавке молибдена в количестве 5 мас. , дельное сопротивление,меньшее 0,5 10 Ом см, соответствует повышению содержания тугоплавкого металла свыше 40 мас, .Снижение электросопротивления участка "Ь" ниже 0,5 10 Ом см путем повышения содержания молибденабольше 40 мас.приводит к резкому возрастанию эрозии анода при работе в кислородсодержащих средах в присутствиипаров воды, что значительно снижает ресурс сопла. Повышение на 3-5 от удельного электросопротивления участка "Ь"выше 5 10 Ом см приводит к повышениюсредней температурыстенок сопла на б -8 С, что увеличивает термонапряженностьстенок сопла и снижение надежности работы плазмотрона. На участке а происходитинтенсивная турбулизация потока за счетспутной крутки вдуваемого газа, малая электропроводность участка а предупреждаетсрыв дуги потоком, не допускает электропробой дуга-стенка, крупномасштабноешунтирование, что повышает стабильностьв работе. Формула изобретения 1, Сопло плазмотрона, выполненное ввиде цилиндрической втулки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышениянадежности в работе и увеличение ресурса работы плазмотрона, втулка выполнена с переменным удельным электросопротивлением, составляющим соответственно на 45 участке, прилегающем к входному отверстию,(0,5 - 1,2) 10 Ом см, насреднемучастке - (0,5-5) 10 Ом см, на участке, прилегаютем к выходному отверстию, - 1,0 (10 - 10 о) Ом см, при этом длина участ ков соответственно равна (0,5-5,0) б, (1 - 2) би (0,01 - 1,0) б, где с 3 - диаметр выходногоотверстия сопла.2. Сопло по п.1, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что оно выполнено из оксикарбонит ридной керамики с добавками тугоплавкогометалла на среднем участке. При удельном электросопротивленииучастка "с", меньше 1,2 10 Ом см, происходит вынос пятна шунтирования дуги на торец сопла, вынос газом петли дуги за 5 пределы канала электрода, что повышаетпульсации тока и напряжения дуги, а также снижает тепловой КПД плазмотрона.Верхняя граница сопротивления участка с определяется сопротивлением керамики 0 без тоугоплавкого металла и составляет1 10 Ом см.В таблице приведены результаты подбора длин и сопротивлений участков анода при значениях напряжения, подводимого 15 на электроды, (150 - 200) В, тока (5,0 + 0,5) А,диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона б = 5 мм.Положительный эффект при указанномисполнении плазмотрона в широком диапа зоне изменения тока и расхода плазмообразующего газа реализуется за счет снижения потерь тепла в стенке сопла-анода, повышения энгальпии плазмы, теплового и электрического КПД плазмотрона, а высокое 25 электросопротивление торцового участкаэлектрода исключает привязку дуги на торец и его разрушение.Применение оксикарбонитридной керамики в качестве материала анода с добавле нием тугоплавкого металла на участке Ь,позволит обеспечить неизменной среднюю длину дуги в широком диапазоне изменений расхода газа и тока. Таким образом, обеспечивается повышение ресурса плазмотрона 35 и его надежность в работе.УчасРезультат опыта ток Наблюдается пробой высокоомного покрытия торца соплаи фиксация дуги. в торец, Плазмотрон работает неустойчиво, так как резко падает ресурс сопла, угол раскрытия потока плазмы возрастает, длина факела сокращается,Плазмотрон работает устойчиво, анодное пятно дуги подвижно. 0,009 Й 0,016 Наблюдается повышение температуры выходного электрода более чем на 6 С, что говорит о повышении потока теплаОв сопле (анод) и снижение теплового КПД плазмотрона, надежность работы снижается.Плазмотрон работает устойчиво без изменения режимных параметров плазмы . 0,1 й 0,096 Анодное пятно имеет больший размер, чем длина участка"Ь", в результате возрастает плотность тока, что при-;водит к резкому падению ресурса2;1 й Наблюдается заметная пульсация длины дуги, что приводитк пульсации тока, стабильность работы плазмотрона снижается. Ь(0,1-2,0)й Устойчивая работа плазмотрона без изменения режимных параметров плазмы. Ь 1.,4 й Заметно повышается пульсация длины дуги. из-за возраста.ния длины участка "Ь" при фиксированной общей длине, чтоприводит к снижению стабильности работы ллазмотрона. Срыв дуги в начальный период фиксации вследствие превышения максимально допустимого сопротивления участка,09 Начало крупномасштабного шунтирования дуги, потеря устойчивости работы плазмотрона .(0,01-0,16)хх 102 Устойчивая работа плазмотрона с диффузионной привязкойдуги О, 17: 102,12 10 Срыв дуги вследствие превышения падения напряжения по(О,Б-Б,О) 10Устойчивая стабильная работа плазмотрона с подвижным анодным пятном дуги О 4,10 Соответствует повышению содержания тугоплавкого материала,(молибдена) л 40 мас./. Наблюдается возрастание эрозиианода при работе в кислородсодержащих средах, а также вприсутствии паров воды, в результате снижается ресурс ссла (анода),Соответствует добавке тугоплавкого металла меньше 5 мас.Ф.Возрастает температура стенок сопла (анода), снижаетсяподвижность анодного пятна, заметно возрастает эрозиястенок анода.,Гирняк роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составитель Г,КвартальноваРедактор Е.Папп Техред М,Моргентал Корр Заказ 295 Тираж Подпи ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4