Розрядна камера плазмотрона

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к генераторам низкотемпературной плазмы, которые используются для плазменной обработки газов, дисперсных материалов. Известно устройство разрядной камеры (РК) ВЧ плазмотрона с осевым вводом дисперсного материала, содержащее трубку из кварцевого стекла, штуцер и кожух для формирования внешнего обдува плазмотрона. В данном устройстве транспортирующий газ подают спутно с порошком и вблизи внутренней стенки разрядной камеры [1]. Недостатком этого устройства является низкий КПД, так как время нагрева транспортирующего газа и обрабатываемых частиц с плазмой сравнительно низкое, что усугубляется пониженным давлением газа в пристеночной области. Известно аналогичное устройство [1], в котором штуцер ввода рабочего газа установлен тангенциально к внутренней поверхности РК. При этом, плазмообразующий и транспортирующий газы не разделяются и движутся вдоль стенок по спирали, стабилизируя горение разряда. Недостатком такого устройства является также низкий КПД и низкая эффективность обработки частиц из-за эффекта центрифугирования при котором обрабатываемые дисперсные частицы в значительной мере уносятся из высокотемпературной разрядной зоны к стенке РК. Кроме того, снижается ресурс разрядной камеры из-за налипання обрабатываемого материала на стенки. В качестве прототипа выбрано техническое решение [2], РК которого содержит несколько участков, частично заглубленных друг в др уга с зазором, а в месте сочленения установлены предкамеры, жестко соединяющие соседние участки камеры. В верхнем торце РК расположен штуцер для осевого ввода дисперсного материала, а с противоположного сопло для вывода плазменной струи и обрабатываемого материала. Во время работы плазмообразующий газ поступает в предкамеру, затем через кольцевой зазор вдоль внутренней стенки в разрядную камеру, образуя локальную защиту стенки разрядной камеры от налипання расплавленных частиц, Недостатком этого технического решения является неоптимальная организация движения плазмообразующего газа, ибо последний подается в разрядную зону, предварительно не подогретым, а тепловая мощность разряда, уходящая на стенки разрядной камеры, в значительной мере теряется безвозвратно, что снижает КПД устройства. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать разрядную камеру плазмотрона так, чтобы использовать тепловую мощность разряда для предварительного подогрева плазмообразующего газа. Поставленная задача достигается в патентуемой разрядной камере плазмотрона, которая также как и известная содержит внешний участок, заглубленный в него соосно с зазором между их стенками внутренний участок, жестко соединенный нижним торцом посредством предкамеры с внешним участком, штуцеры для ввода и вывода рабочего газа и ввода обрабатываемого порошкового материала. В отличии от известной, в соответствии с изобретением в патентуемой РК внутренний участок выполнен перфорированным (пористым), установлен с зазором между его верхним торцом неводом внешнего участка, причем площадь поперечного сечения зазора между стенками внешнего и внутреннего участков равна сумме площадей перфораций (пор)внутреннего участка и продольного сечения зазора между верхним торцом внутреннего и сводом внешнего участка. Благодаря указанным особенностям конструктивного выполнения газ, двигаясь по кольцевому зазору, с одной стороны охлаждает стенки разрядной камеры, а с другой - за счет этого прогревается перед поступлением в плазменную зону. Это способствует эффективному использованию тепловой мощности разряда и увеличению КПД. Благодаря тому, что площадь сечения зазора между стенками участков равна сумме площадей пор в стенке внутреннего участка и продольного сечения зазора между верхним торцом внутреннего и сводом внешнего участка, обеспечивается оптимальная скорость движения плазмообразующего газа в разрядную зону, при которой уменьшается вероятность локального налипання частиц на стенки РК и эффективно охлаждаются стенки разрядной камеры. Возможность налипання частиц на стенки РК уменьшается также, благодаря тому, что часть плазмообразующего газа, поступая через пары, образует у внутренней поверхности заглубленного участка зону повышенного давления, затрудняя движение частиц к стенке. Кроме того, проникая через поры, плазмообразующий газ направляет обрабатываемые частицы в высокотемпературную зону по круговым траекториям, создавая вихри, что способствует увеличению времени пребывания частиц в данной зоне. Схема продольного разреза РК плазмотрона показана на чертеже (фиг.). Возможность реализации изобретения рассмотрим на примере РК плазмотрона, в которой (см. схему) источник ВЧ мощности подключен к электродам емкости 1, охватывающи х соосно РК 2, содержащую заглубленный участок 3, штуцеры ввода плазмообразующего газа 4 и порошкового материала 5, предкамеру 6, сопло (штуцер) вывода веществ 7, разрядную зону 8. Устройство работает следующим образом. Рабочий (плазмообразующий) газ через ввод 4 поступает в зазор между участками 2 и 3 и движется вдоль зазора до конца участка 3. В разрядную зону рабочий газ поступает как через поры в стенке участка 3, так и, обогнув его торец. Возбуждается разряд, который заполняет разрядную зону 8. Порошковый материал поступает в нее через ввод 5. Рабочий газ, проникающий через поры под тупым углом к направлению подачи материала, оттесняет частицы от стенки и, образуя вихри, направляет их в высокотемпературную приосевую зону, увеличивая время пребывания частиц в разряде. Постепенно частицы движутся вниз и выводятся через сопло 7. Рабочий газ, перемещаясь в зазоре между участками 2 и 3, нагревается и, попадая в разрядную зону, возвращает в нее рассеянную тепловую энергию разряда. Образование вихрей в разрядной зоне продлевает время нахождения обрабатываемых частиц в плазме, что повышает эффективность их обработки, и создает возможность для обработки более крупных фракций порошковых материалов. В качестве источника для возбуждения разряда может использоваться ВЧИ, ВЧЕ, СВЧ, также факельные, электродуговые и другого типа источники. Проверка возможности реализации изобретения осуществлялась в разрядной камере, изготовленной из кварцевого стекла с внутренним диаметром внешнего участка - 22мм, и с зазором между участками около 1мм. Длина заглубленного участка соответствовала длине разряда (около 200мм), что определялось расположением электродов емкости, а сечение этого участка, практически, соответствовало сечению ВЧЕ разряда. Поры в стенке заглубленного участка образовывались пропилами под соответствующим углом. В качестве рабочего газа использовался воздух, а обрабатываемым порошковым материалом была окись алюминия. Мощность разряда составляла 4кВт на рабочей частоте 150мГц. Степень сфероизации обработанного материала увеличивалась по сравнению с прототипом на 20 - 25% и составила 85 - 90%.