А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Вихрова стабілізація

Вихрова стабілізація використовується також в одноразових плазмотронах, наприклад для повітряно-плазмового різання.

При вихровий стабілізації процес горіння розвивається гвинтоподібно, створюється стійка розвинена зонаоб'ємного горіння з утворенням на осі потоку зони зворотних струмів. Поєднання вихровий стабілізації з камерним горінням та із закінченням продуктів згорання через звужуюче сопло камери концентрує тепловий потік і повідомляє йому в залежності від геометрії і розмірукамери згоряння і тисків дозвукові і надзвукові швидкості. Це значно збільшить інтенсивність теплопередачі в порівнянні з пальниками, у яких горіння полум'я відбувається в атмосфері. Тому створення пальників такого типу для ряду процесів газополум'яноїобробки металів є актуальним завданням.

PезакPПД-1-64 для. При вихровий стабілізації дуги, застосовуваної в ряді конструкцій ризиків (плазмотронів), газ в область сопло - електрод подається не у напрямку осі електрода, а по дотичній до нього. При цьому вцентрі потоку газу утворюється зона розрідження, через яку проходить дуга. Шари холодного газу відцентровою силою притискаються до стінок каналу сопла, ізолюючи його від тепла дуги і центруючи стовп дуги по вертикальній осі сопла. Дуга виходить більш концентрованою іжорсткою, а її діаметр зменшується, що сприяє отриманню більш вузького різу. Газ подається тангенціально до дуги через вставку з канавками, спрямованими по дотичній до центрального отвору вставки. Вставки повинні витримувати напругу до 2500 в і температуру до 1200С. Матеріалом для вставок служить корундіз, що містить в основі окис алюмінію, або спеціальний матеріал з окису магнію і нітриду кремнію.

У реакторі здійснена вихрова стабілізація дуги шляхом подачі газу через одне або декілька тангенціальних отворів вкорпусі реактора.

Залежність напряжеобоя U, U і вели. У реальних випадках вихровий стабілізації через в'язкості швидкість газу поблизу осі зменшується.

Вихрові плазматрони або плазмотрони з вихровий стабілізацією плазмового джгута відомі давно, і їххарактеристики можна знайти у виданих закордонних і вітчизняних монографіях. Особливість таких пристроїв - це вже відзначене раніше природне конвективно-плівкове охолодження корпусних елементів подається через сопло закручує пристрої потокомінтенсивно закрученого газу, що переміщається від перетину соплового введення до протилежного кінця вихрової камери плазмотрона у вигляді квазіпотенціальної периферійного вихору. Одночасно здійснюючи аеродинамічну стабілізацію, вихрові плазмотрони на базівихрових енергоразделітелейPАнка дозволяють помітно підвищити інтенсивність підвищення температури плазмового факела при збільшенні коефіцієнта тепловіддачі.

Однак для плазмотронів змінного струму з вихровий стабілізацією дуги застосування постійногомагнітного поля недоцільно з наступних причин. Якщо в якій-небудь напівперіод приелектродних ділянку, або ніжка дуги, обертається в ту ж сторону, що і вихор, то в наступний напівперіод напрямок обертання зміниться на протилежне.

В якості джерелаплазми застосовувався плазмотрон з вихровий стабілізацією дуги і центральним вольфрамовим катодом.

В якості джерела плазми застосовувався плазмотрон з вихровий стабілізацією дуги і центральним вольфрамовим катодом.

Дослідження показали, що в циліндричнихконструкціях застосування вихровий стабілізації дозволяє отримати плазмовий стрижень по осі металевого хвилеводу без використання діелектричної трубки. Причому плазмовий стрижень стабільний у будь-яких газах. На повітрі і аргоні при порушенні розряду па хвилі Нпмайже повне поглинання НВЧ енергії досягалося при довжині стрижня близько 50 - 70 мм при частоті коливань поля 2375 Мгц і діаметрі хвилеводу 100 мм. Діаметр плазмового стрижня при цьому дорівнював 20 мм.

В остаточному підсумку напруга на лінійному плазмотроне з вихровийстабілізацією зростає при підвищенні тиску в камері, що свідчить про підвищення електричного опору за рахунок скорочення діаметра і зростання довжини дуги.

За принципом пристрою комбінований плазмотрон схожий на плазмотрон з вихровийстабілізацією дугового розряду, але має додатково накладені магнітні поля в приелектродних зонах для обертання розряду і управління його положенням.

Як і плазмотрони з магнітною стабілізацією дуги, плазмотрони з вихровий стабілізацією відрізняютьсярізноманітністю конструкцій і типорозмірів.

Конструкція плазмотрона комбінованої схеми має багато спільного з конструкцією плазмотрона з вихровою стабілізацією розряду (аналогічні електроди, розрядні камери, системи введення робочого тіла), а відмінність полягає в тому,що електроди забезпечені соленоїдами.

Направляючий апарат забезпечений лопатками і служить для закручування потоку, що забезпечує умови вихровий стабілізації. Сировина, контактуючи з дугою, утворює частково іонізований газовий потік П, який витягає розряд,збільшуючи різницю потенціалів зі стінкою. У результаті відбувається пробій, виникає шунтує дуга 5 а анодний кінець основної дуги відмирає. Анодна пляма рухається з зона 1У подовжньо і по колу. Тангенціальні отвори 7 в анодному і катодному кільцяхзабезпечують додаткову підкручення потоку. Утворився потік теплоносія У проходить: через термостійкий пакер 8 і хвостовик 9 потім через перфорацію 10 нагнітається в пласт.

Трифазний плазмотрон Зірка (одні дугового канал. Це дозволяє забезпечитиобертальний рух газового потоку в дугового камері, необхідне для вихровий стабілізації дуги. Через ізолятор проходить вольфрамовий електрод 5 для запалювання допоміжного високочастотного розряду між цим електродом і конфузора, за допомогою якогоздійснюється підпал дуги.

Направляючий апарат забезпечений лопатками і служить для закручування потоку, що забезпечує умови: вихровий стабілізації. Сировина, контактуючи з дугою, утворює частково іонізований газовий потік П, який витягає розряд,збільшуючи різницю потенціалів зі стінкою. У результаті відбувається пробій, виникає шунтує дуга 5 а анодний кінець основної дуги відмирає. Анодна пляма рухається в зоні 1У подовжньо і по колу. Тангенціальні отвори 7 в анодному і катодному кільцяхзабезпечують додаткову підкручення потоку. Утворився потік теплоносія У проходить через термостійкий пакер 8 і хвостовик 9 потім через перфорацію 10 нагнітається в пласт.

Конструкція електрода наведена на рис. 2.3. Вона є досить типовою дляплазмотронів комбінованої схеми з вихровий стабілізацією, розрахованих для роботи при великих силах струму в розряді. Електрод виконаний у вигляді циліндра. Для подачі і зливу охолоджувальної води у фланці електрода є колектори.

Дані для повітря наведені длявипрямляча з напругою холостого ходу 300 Б - плазматрон з вихровий стабілізацією дуги.

Експериментальна залежність среднемассовой температури від індукції магнітного поля. | Експериментальна залежність термічного ККД від індукції магнітного поля при /5000 А,З - 024 кг /с, d. | Залежність вихідної температури від сили струму для плазмотрона з вихровою стабілізацією розряду. На рис. 4.254.26 представлені залежності вихідної температури від сили струму в розряді для плазмотронів з вихровий стабілізацією розряду і для коаксіальнихплазмотронів з магнітною стабілізацією розряду. В обох випадках спочатку із зростанням сили струму температура зростає, оскільки збільшується потужність в розряді.

Статистика досліджень і прямі експерименти показують, що підвищена ерозія мідного циліндричногокатода має місце при втраті стійкості вихровий стабілізації (у відсутність магнітного поля), зниженні швидкості переміщення опорних плям дуги в підлогою циліндричному електроді, наявності подвійних паралельних розрядів. При наближенні струму дуги до критичногозначенням /крит, крім так званого нормального режиму переміщення радіального ділянки дуги в каналі циліндричного електрода виникає другий режим переміщення катодної плями - стрибкоподібне переміщення за рахунок актів великомасштабного шунтуванняприелектродних ділянки дуги в радіальному напрямку. При подальшому зростанні струму починається шунтування дуги і в осьовому напрямку.

Статистика досліджень і прямі експерименти показують, що підвищена ерозія мідного циліндричного катода маємісце при втраті стійкості вихровий стабілізації (у відсутність магнітного поля), зниженні швидкості переміщення опорних плям дуги в підлогою циліндричному електроді, наявності подвійних паралельних розрядів. При наближенні струму дуги до критичного значення /крит 5крім так званого нормального режиму переміщення радіального ділянки дуги в каналі циліндричного електрода виникає другий режим переміщення катодної плями - стрибкоподібне переміщення за рахунок актів великомасштабного шунтування приелектродних ділянкидуги в радіальному напрямку. При подальшому зростанні струму починається шунтування дуги і в осьовому напрямку.

За типом робочого процесу всі численні схеми плазмотронів можна об'єднати в 3 класу: 1) плазмотрони з вихровий стабілізацією дуги; 2)плазмотрони з магнітною стабілізацією дуги і 3) плазмотрони зі стабілізацією дуги стінками кянала.

У попередніх розділах була показана принципова можливість використання змінного магнітного поля для обертання ніжки дуги змінного струму в плазмотронах звихровий стабілізацією дуги. Для цього в торці одного з електродів було встановлено вікно з оргскла, через яке проводили швидкісну кінозйомку процесу обертання ніжки дуги.

Дані для повітря й для аргонно-водневої суміші при товщині 50 - 140 мм приведе-ни длявипрямляча з напругою холостого ходу 300 В - плазматрон з вихровий стабілізацією дуги, Залишився-ні - для аксіального плазматрона і зварювальних.

Ця схожість призводить до того, що, описуючи плазмотрони комбінованої схеми, деякі автори відносять їх то доплазмотронів з магнітною стабілізацією, то до плазмотронів з вихровий стабілізацією розряду. Істотним, однак, є те, що схема комбінованого плазмотрона має найважливіші принципові переваги, що складаються в наступному.

Електророзрядний реакторфірми Хюльс (рис. 4.6.7 а), призначений для піролізу природного газу, виконаний на базі лінійного плазмотрона постійного струму потужністю 8 2 МВт з холодним катодом і вихровий стабілізацією розряду. У результаті його піролізу на виході отримують до 145% ацетилену і 634%водню при витраті електроенергії 103 кВт - год на 1 кг ацетилену.

При ру, досить швидко зростаючому по радіусу, що має місце при вихровий газової стабілізації, dNuaJdd2 збільшується настільки, що стає можливим вирішення системи (3.2.3), (3.2.6) при k, істотновідмінних від 1 навіть якщо струм індуктора зростає з ростом діаметра розряду. Газова вихрова стабілізація є в даний час основним способом отримання розряду, відокремленого від стінок розрядної камери.

При вихровий стабілізації процес горіннярозвивається гвинтоподібно, створюється стійка розвинена зона об'ємного горіння з утворенням на осі потоку зони зворотних струмів. Поєднання вихровий стабілізації з камерним горінням та із закінченням продуктів згорання через звужуюче сопло камери концентрує тепловоїпотік і повідомляє йому в залежності від геометрії і розміру камери згорання і тисків дозвукові і надзвукові швидкості. Це значно збільшить інтенсивність теплопередачі в порівнянні з пальниками, у яких горіння полум'я відбувається в атмосфері. Тому створенняпальників такого типу для ряду процесів газополум'яної обробки металів є актуальним завданням.

Можна припустити, що для роботи з соплами малих діаметрів використовувана в макетної різаку стабілізація розряду співвісним газовим потоком не забезпечуєнеобхідного ступеня стиснення дуги та ізоляції її від стінок сопла. Використання вихровий стабілізації активними (по відношенню до вольфрамового електрода) газами різака даною конструкцією не передбачено.

Газова стабілізація розряду здійснюється шляхомтангенціальною подачі стабілізуючого газу в розрядний проміжок, при цьому гаряча дуга відтісняється від стінок розрядної камери, оберігаючи останню від надмірного нагрівання і руйнування. Однак при вихровий стабілізації дугового розряду відбувається і деякестиснення потоку плазми, що веде до зменшення обсягу реакційної зони, тому в деяких випадках стабілізуючий газовий потік не закручують, а спрямовують паралельно стовпу дуги. Зазвичай стабілізуючий газ одночасно є і плазмоутворюючого речовиною.

Видно, що діаметр утворюється плазми в даному випадку значно менше, ніж у випадку локалізації розряду при-електродними капілярами. Це пояснюється наявністю вихровий стабілізації і відсутністю плазмових струменів, що викидаються всередину камери при розряді.

Длявисокотемпературних плазмотронів деякі дані по випромінюванню дуги можуть бути взяті з розд. Для більшості плазмотронів з вихровий стабілізацією втрати на випромінювання невеликі.

На виході з плазмотронів з вихровий стабілізацією дугового розряду розподілтемператури (якщо не прийняті спеціальні заходи по вирівнюванню температурного профілю струменя) таке, що центральна область струменя, що випробувала безпосередній вплив дугового розряду, розташованого поблизу осі, має більш високу температуру, ніж периферійнішари, які не пройшли через дуговий розряд.

Для практичної реалізації цього процесу була розроблена електродугова пальник, компоновочная схема якої представлена ​​на рис. I. Для більш надійної роботи пальник забезпечує вихрову стабілізацію розряду ісамовстановлюється довжину дуги.

Для практичної реалізації цього процесу була розроблена електродугова пальник, компоновочная схема якої представлена ​​на рис. I. Для більш надійної роботи пальник забезпечує вихрову стабілізацію розряду ісамовстановлюється довжину дуги. Вид витісняючого агента залежить від сировини, що подається в пальник.

У плазмотронах середньої потужності (до 1000 - 1500 кет) застосовується вихровий метод стабілізації дуги. Принципова схема найпростішого плазмотрона малої потужності звихровий стабілізацією дуги, представлена ​​на рис. 3 в. Катодом 1 служить вольфрамовий стрижень, анодом 4 - мідне сопло з інтенсивним водяним охолодженням. Дуга 3 обдувається потоком газу 2 при швидкому обертанні її в міжелектродному зазорі.

Типові робочі параметри тамежі стабільності для чистої аргонової плазми. Кварцова трубка внутрішнім діаметром 25 мм. 10-виткових обмотка внутрішнім діаметром 38 мм. на довжині 1087 - Мгц генератор (напруга зсуву становить близько 10% анодної напруги. При низьких анодних напругах плазматакож може розпадатися при швидкостях потоку газу нижче певного критичного рівня, який в основному залежить від прикладеної анодної напруги. Пояснення цього ефекту не цілком очевидно; в роботі використовувалася вихрова стабілізація, і можливою причиноюрозпаду може бути прогресуюче ослаблення стабілізуючого впливу вихору при зменшенні швидкості потоку. Третьою причиною обмеження робочого діапазону є пошкодження трубки, що містить плазму, коли потужність в ній перевершує допустиму межу дляданого газового потоку. Зовнішнє охолодження трубки є ефективним засобом розширення робочого діапазону в область більших потужностей. На рис. 2 наближено показано можливе збільшення робочої області, отримане за допомогою на правління повітряного потоку відневеликого вентилятора на трубку перпендикулярно потоку плазми. Можлива, звичайно, організація і більш ефективного охолодження. Використовувалася трубка з водяною сорочкою, але отримані дані не можна прямо порівнювати з даними рис. 2 через деякого відмінності в геометріїпальників.

Якщо у разі застосування азоту допустиме використання плазмотронів з аксіальної подачею газу, то при застосуванні повітря, і особливо кисню, процес плазмового різання зазначеними плазмотронами неможливий внаслідок-його нестабільності та нестійкості.Для отримання сконцентрованого стовпа дуги для повітряно - і киснево-плазмового різання застосовуються плазмотрони з вихровий стабілізацією дуги. Pезка з використанням повітря і кисню здійснюється при тисках 0 3 - 0 5 МПа. Тиск газу залежить від перетинівканалів завихрюючись-теля плазмотрона.

В останні роки закрутку потоку стали широко використовувати для інтенсифікації процесу горіння. При створенні ефективних фронтових пристроїв камер згоряння в повітряно-реактивних двигунах, для стабілізації фронту полум'яв різних камерах згоряння, при створенні ефективних пальникових пристроїв, плазмотронів з вихровий стабілізацією все більше застосування знаходять потоки з різною інтенсивністю закрутки. Це обумовлює актуальність робіт, спрямованих на розуміння і опистермогазодинаміки закручених течій як при окислювально-відновних екзотермічних хімічних реакціях, так і в їх відсутність. Необхідно озброїти практику методиками економного розрахунку і проектування технічних пристроїв з закруткою потоку, а саміпристрої зробити більш ефективними та екологічно чистими.

Напруга на дузі залежить від полярності. При зворотній полярності (коли вихідним електродом служить катод) дуга довше і шунтування її відбувається ближче до виходу, що пояснює підвищення напругивід 50% для плазмотронів з вихровий стабілізацією до 10 - 20% для коаксіальних плазмотронів з радіальним розташуванням електрода.

За кількістю використовуваних робочих газів розрізняють одног-зовие і многогазовие системи стабілізації стовпа дуги. У них можуть бутивикористані газові суміші або роздільно подаються гази. Вихрова стабілізація використовується також в одноразових плазмотронах, наприклад для повітряно-плазменно-дугового різання. Застосування газів або їх сумішей з більш високим вмістом кисню вимагає застосуванняплазмотронів з роздільним подачею газів.

За способом стабілізації дуги плазмотрони можуть бути з вихровий, осьової та комбінованої системами стабілізації. Осьова стабілізація застосовується при використанні катодів у вигляді загостреного стрижня діаметром 2 - 6 мм,довжиною до 150 мм; їх виготовляють з вольфраму, легованого оксидами лантану та ітрію. При вихровий стабілізації здійснюються більш інтенсивне обтиснення дуги і більш чітка її фіксація по осі плазмотрона.

Напруженість електричного поля в дузі не завждизалишається постійною по довжині дуги далеко від вхідного електроду. При виникненні турбулентного плину газу або при появі нестабильностей горіння електричної дуги спостерігається немонотонний характер зміни напруженості електричного поля і збільшення її поміру руху газу до вихідного електроду. При вихровий стабілізації дуги в каналі можуть бути аналогічні залежності.

Схеми НВЧ плазмотронів з передбачуваними картинами течій при прямо-точно-вихровий і зворотно-вихровий стабілізації плазми показані на рис. 7.30а на рис. 7.31 показана залежність потужності плазмового НВЧ випромінювання Wp, що поглинається розрядом, та теплової потужності Wt, що виділяється в контурі охолодження плазмотрона. Pезультати дослідів наведені у вигляді залежності частки теплових втрат WJWV від питомої внеску енергії врозряд J WIG, де G - витрата плазмоутворюючого газу - азоту. Pезультати чисельного моделювання показані на рис. 7.32 а - для традиційної прямоточно вихровий стабілізації і на рис. 7.325 - для випадку зі зворотно-вихровий стабілізацією. У першому випадку робоче тіло - плазмоутворюючого газ - азот у вигляді закрученого потоку подається в розрядну камеру, а в другому випадку він подається в додаткову вихрову камеру зі швидкостями 100 м /с (С 1 г /с) і 225 м /с (G 1 5 г /с), відповідно. На думку автора роботи[64]поворотний вихор стискає зону нагріву, оберігаючи стінки камери плазмотрона від перегріву. Основна частина газу проходить через розрядну зону, а розмір зони рециркуляції незначний. У традиційній схемі (див. рис. 7.32 а) вхідний газ змішується з циркулюючим потоком плазми і основна частина газу проходить повз розряду уздовж стінок кварцовою трубки. Судячи з наведених модельним розрахунками, схема зі зворотно-вихровий стабілізацією дозволяє знизити максимально досяжну температуру нагрівання корпусних елементів приблизно в 2 5 рази. Найбільш нагріта частина область діафрагми, що безпосередньо прилягає до отвору має температуру 1400 К. Таким чином, використання зворотно-вихровий стабілізації плазми дозволяє виготовити НВЧ плазмотрон неохолоджуваних із кварцового скла.

Хоча магнітна стабілізація і досить перспективна, при вирощуванні кристалів вона ще рідко застосовується. Стабілізація плазми при вирощуванні кристалів здійснюється головним чином за рахунок регулювання швидкості і напряму газового потоку між Електродами. Якщо потоку надати круговий рух так, щоб у центрі вонзікала область низького тиску, іншими словами, утворився вихор, то плазма повинна бути стійкою в цій області. Вихрова стабілізація особливо зручна в індукційних плазмах. У пальниках ж постійного струму найчастіше застосовується стабілізація газовим чохлом. У такій пальнику електричну дугу запалюють між вольфрамовим катодом і порожнистим, охолоджуваним водою анодом. Дуговий розряд не виходить за межі камери, а газовий чохол, протяжність якого значно перевищує діаметр камери, перешкоджає її контакту зі стінками. Плазми в пальниках такої конструкції можуть діяти в атмосфері Н2 N2 Аг, Не та О2 але, як показав досвід, в окисної обстановці досить важко підтримувати дугу тривалий час. Слід визнати, що досі є мало відомостей щодо отримання кристалів високої якості за допомогою плазмових пальників постійного струму в тих випадках, коли їх не можна було б виростити з більшою легкістю іншими методами. Тим не менше в принципі пальника постійного струму, мабуть, дуже перспективні.