Электродуговой нагреватель газа постоянного тока

ии 599732 Союз Советских Социалистических РеспублнкОПИСАЙИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ325707,0 02.76 (21) 1 заявки -аявлеи вени с ирисо осударственнын комитет 23) Приоритет -43) Опубликовано 07.09,82. Б К 621.365.29: :533.99 (088,8) 3) глетень М 33 о делам н н откр(45) Дага опубликования описания 07.09.8(71) Заявител арственный научно-исследоэнергетический институ им. Г. М. Кржижановско нститут теплофизики СО А льский 54) ЭЛ ЕКТРОДУГОВО й НАГРЕВАТЕЛ Ъ ГАЗА ПОСТОЯННОГО ТОКА 2(1Л д 16 ) - щИзобретение относится к электротермни, а более конкретно к области получения низкотемпературной плазмы путем нагрева газа в электродуговых нагревателях и может быть использовано в;плазмохимнческих производствах, в плазменной металлургии и в космической технике.Известны плаэмотроны, состоящие из разрядной камеры и электродов. Между электродаяи в газовом потоке возбуждается электродуговой разряд и нагретый и ионизированный газ вытекает нз 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 значительная эрозия катода, трудность в равномерном распределвнни основного тока по нескольтогом параллельно горящим дуговым каналам плазмотронов в при анодной области разрядной камеры, так как при любом случайном уменьшении напряжения между торцовым электродом плазмотрона и проводящей приэлектродном зоной разрядной камеры, будет увеличнваться токи, след тельно, будет уве.личиваться эрозия ктродов. Причем уровень эрозии торц х электродовплавмотронов неодинаков, что приводит к ухуд шению работы всего агрегата.Кроъе того, в прототипе используетсястолько силовых и вспомогательных источников тока, на сколько отдельных дуговых каналов разбивается основная дуга в прианодной области. Все это приводит к значительному усложнению и удорожанию системы электропитания генераторов плазмы.Целью изобретения является увеличениесрока службы нагревателя путем уменьше 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 электрода- -О ми плазмотронов, а диамег 1 ры выходныхэлектродов соответственно катодного и анодного узлов определяют:из соотношения:при т ) - 0,5,где т - безразмерный коэффициент;В - диаметр выходного вспомогательного электрода, м;А - постоянная для заданногокг Вдавления и рода газаАУ - номинальный ток дупи в разрядной камере, А;и - количество плазмотронов соответственно в анодном иликатодном узле;6 - номна ыый расход газа через выходной вспомогательный электрод, кг/с;У - номинальное падение напряжения на участке торцовойэлектрод - проводящая лриэлектрОдная зона разряднойкамеры анодного или катодпого узла, В.На фпг. 1 показан продольньй разрези система электропитания электродногоузла; на фиг, 2 - поперечный разрез вплоскости, проходящей через центры отверстий выхОдных вспомогательных электродов плазмотролов,Напреватель состоит из разрядной камеры 1, корпус которой разделен изолятором 2 на катодную и анодную части, Визоляторе 2 имеется входное тангенциальное отверстие 3 для подачи,плазмообразующего таза ь разрядную камеру, а в торце разрвдной камеры 1 - отверстие 4 длявдува газовой завесы,Катодный и анодный узлы корпуса раз.рядной камеры 1 аналогичны ло устройству и отделены от корпуса изоляторами 5,Каждый узел состоит из нескольких (например нз четырех) одинакОвых по устрой.ству плазмотронов 6, содержащих торцовой электоод 7, изолятор 8, вхОдное отверстие 9 для газа и выходной вспомогательный электрод 10 с отверстием 11, черезкоторое, внутренняя полость плазмотро 1 на 6сообщается с разрядной камерой 1, гдегорит электрическая дуга 12. Анодный узелразрядной казимеры 1 имеет отверстие 13для выхода плазменной струи.Счстема электропитания электродугово.го нагревателя газа содериит источник 14постоянного тока, контактор 15, а такжевопомопательные источники 16, контакторы 17 и вентили 18 в количестве, равномколичеству плазмотронов в катодном ианодном узлах, содержащих дуговые кагпалы 19.Описанный электродуговой напревательгаза, работает следующим образом, Черезвходные отверстия 3 и 4 в разрядную камеру 1 подают плазмообразующий газ игаз, образующий газовую завесу на торцеразрядной камеры, а через отверстия 9плазмотронов 6 - защитный газ, напримераргон или азот в случае вольфрамовых электродов 7, или воздух - в случае цирконпевых электродов 7,Контакторамн 17 от вспомогательногоисточника 16 на электроды 7,и 10 каждого5 плазмОтрона 6 подают напряжение и возбуждают электродуговые разряды. Образующиеся плазменные потоки истекаютчерез отверстия 11 во внутреннюю полостьразрядной камеры 1 и образуют проводя.пую зону между катодом и анодным узлами разрядной намеры 1. Включением контактора 15 на элект(роды 7 каждого плазмотрона катодного и анодного узла подается силовое налравление от основного ис 15 точника 14 постоянного тока и в разрядной камере 1 возбуидается электродуговойразряд, ток к которому подводится черездуговые каналы 19 плазмотронов в отверстиях 11. Для предотвращения протеканиятока от источника 14 через контакторы 17и вспомогательные источнмки 16 служатвентили 18, Такое подсоединение вентилей18 препятствует образованию промежуточных электродных пятен основной силовойдуги 12 на выходных электродах 10, ивесь силовои ток от источника 14 распределяется через электроды 7 и дуговые каналы 19 в отверстиях 11, После заж 1 игания30силовой дуги 12 контакторы 17 могут отключаться, Нагретый плазмообразующийгаз в электрической дуге 12 в виде плазменной струн истекает через отверстие 13разрядной камеры.Выполнение анодной и катодной частейнагревателя из плазмотронов подключенных к одному источнику питания, позволяетравномерно распределить разрядный токна электродах до такой величины, при которой обеспечивается минимальная эрози"40электродов в анод и катодов,Вьбор диаметра отверстия 11 осуществляется в зависимости от тока, расхода защитного газа и падения напряжения между электродами 7 и проводящей зоны основного дугового канала вблизи выходныхэлектродов 10 по формуле: Коэффициент т определяется экспериментально для данного плазмотрона и рода/ 60,Электродуговые разряды плазмотронов 60горят лри возрастающеи вольт-амлернойЮхарактеристике, если расчет диаметров проведен при значениях т) - 0,5, Это дает возможность объединять в электродный узел непосредственно подсоединенное к од.65 ному полюсу источника 14 большое числопараллельно соединенных вспомогательных плазмотронов 6 с одинаковыми параметрами, и тем самым равномерно распределять ток электрической дуги 12 по нескольким дуговым каналам 19, количество которык выбирается из условий минимальной и раг, номерной эрозии электродов 7. Величина тока отдельного дугового канала вспомогательного плазмотрона в отверстии 11 при постоянном диаметре отверстия П, 10 постоянным расходе защитного газа 6 и падения напряжения У также строго постоянна и гарантируется не условиями работы электрической схемы, .а только выбором диаметра Й в соответствии с фор мулой.Таким образом, данный электродуговой нагреватель газа позволяет значительно уменьшить эрозию электродов при равномерном их износе, а это в свою очередь 20 дает возможность создавать нагреватели газа большой единичной мощностями, например в несколько десятков мегаватт, и резко увеличить ресурс непрерывной работы их за счет распределения тока основной 25 дуги в разрядной камере по дуговым каналам отдельных плазмотронов.Формула изобретения30Электродуговой нагреватель газа по. стоянного тока, содержащий разрядную камеру, катодный узел н выполненный в виде по меньшей мере, двух одинаковых плазмотронов, каждый из которых снаожен 35 торцовым и выходным вспомогательным электродами, анодый узел, о т л и ч а юш и й 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. при т) - 0,5,где В - диаметр выходного вспомогательного электрода, м;Л - постоянный коэффициент длязаданного давления и родагаза;1 - ном ни а льный ток дуги в разрядной камере, А;и - количество плазмотронов соответстве 1 гно в анодом или катодном узле;б - номинальный расход газа через выходной вспомогательныйэлектрод, кг/с;У - номинальное падение напряжения на участке торцовой электрод - проводящая приэлектродная зона разрядной камеры катодного илп анодногоузла, В;пг - безразмерный коэффициент.о 99732 г едактор П. Горьк ехред И. Пенчко Корректор С, файн Тип. Харьк, фил. прел. Патент Заказ 908/681 Изд,219 Тираж 856 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретенийоткпытиА113035, Москва, Ж, Раушская ням., д. 45