Спосіб керування потужністю плазмотрона

Реферат: UA 90773 U UA 90773 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області генерації потоків низькотемпературної плазми технологічного призначення і може бути використана в установках плазмового нанесення покриттів та модифікації поверхонь. Відомий спосіб стабілізації потужності (окремого випадку керування потужністю плазмотрона) шляхом фіксації довжини дуги між електродними вставками (наприклад, книгу Даутов Г.Ю., Дзюба В.Л., Карп И.Н. «Плазмотроны со стабилизированными электрическими дугами» - К.: Наукова думка, 1984. - С. 117). Недоліком цього способу є підвищення потужності збільшенням струму дуги, що прискорює руйнування електродів, а збільшення напруги на дузі через збільшення витрати плазмоутворювального газу веде до погіршення питомих енергетичних характеристик плазмового струменя, який генерується. Відомий також спосіб керування потужністю плазмотронів зміною конфігурації дугового каналу (патент на корисну модель №45003, МПК Н05Н 1/00, С23С 4/00, 26.10.2009 «Спосіб керування потужністю генератора дугової плазми»), в якому потужність змінюється шляхом зміни геометричних розмірів дугового каналу із переходом до іншої принципової схеми організації горіння дуги в процесі генерації плазми. Недоліком цього способу є складність конструкції генератора плазми, наявність рухомих елементів, які потребують ущільнення. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого технічного рішення є спосіб фіксації плями прив'язування на внутрішній поверхні електрода дугового плазмотрона лінійної схеми за допомогою зовнішнього магнітного поля для стабілізації довжини дуги та переміщення плям прив'язування («Электродуговые нагреватели газа». Μ. Φ. Жуков, В. Я. Смоляков, Б. А. Урюков, М.: Наука, 1973, стор. 16 - 17).Фіксація плями прив'язування дозволяє стабілізувати довжину дуги і,тим самим, деякою мірою потужність генератора плазми. Електромагніт у вигляді соленоїда встановлений на трубчастому електроді плазмотрона забезпечує додаткове підкручування радіальної ділянки дуги і стабілізує положення цієї ділянки у середній частині котушки, стабілізуючи тим самим довжину дуги і, відповідно, напругу на ній (за умови стабільності інших режимних параметрів). Недоліком вказаного способу є відсутність можливостей зміни потужності плазмотрона можлива тільки її стабілізація на певному рівні, який визначається конструктивними та режимними параметрами плазмотрона. Зміна потужності розряду можлива лише через зміну струму дуги і частково через зміну витрати плазмоутворювального газу, що не завжди доцільно, враховуючи збільшення ерозії електродів за умови збільшення струму дуги та порушення стабільності дугового розряду. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу керування потужністю плазмотрона шляхом застосування системи електромагнітів, що створюють поздовжнє магнітне поле, яке може змінювати своє просторове розміщення відносно зони розміщення плями прив'язування дуги через вмикання електромагнітів у заданій послідовності. Це дає змогу зміщувати зону прив'язування дуги і змінювати тим самим довжину дуги. При цьому підвищується чи зменшується напруга на ній і, відповідно, потужність. Поставлена задача вирішується тим, що у способі керування потужністю плазмотрона, що базується на зміні режимних параметрів горіння дуги після запуску плазмотрона і проходження всіх перехідних процесів, новим є те, що регулювання напруги на дузі здійснюють за рахунок зміни довжини дуги переміщенням плями її прив'язування у межах вихідного електрода за допомогою розміщених вздовж осі вихідного електрода котушок електромагніта, які вмикаються за визначеним законом. На Фіг. 1, Фіг. 2 та Фіг. 3 послідовно зображені розрізи плазмотрона, що реалізує спосіб керування. Розглянемо спосіб, що пропонується, на прикладі роботи плазмотрона із самовстановлювальною довжиною дуги (Фіг. 1, 2, 3). Плазмотрон містить два електроди - катод 1 та анод 3. Між електродами у дуговий канал через ізолюючу вставку 2 подається плазмоутворювальний газ. Після ініціювання дуги під дією аеродинамічної сили дуга починає подовжуватись і зона прив'язування анодної плями дуги переміщується вниз по потоку у бік вихідного отвору дугового каналу. Подовження обмежується проходженням процесів шунтування дуги на стінку дугового каналу. Якщо на вихідному електроді у зоні прив'язування плями дуги встановити систему електромагнітів у вигляді соленоїдів (у кількості не менше двох), то подаванням живлення на одну із котушок (Фіг. 1) призводить до появи пондеромоторних сил, які є результатом взаємодії магнітного поля соленоїда із дугою. Ці сили, по-перше, починають обертати радіальну ділянку дуги, розподіляючи тепловий потік у межах більшої площі поверхні електрода, а, по-друге, затягують пляму прив'язування всередину котушки, приблизно на її центр. Таким чином відбувається часткова стабілізація довжини дуги, яка призводить до стабілізації потужності. 1 UA 90773 U 5 10 15 20 25 30 35 Подавши живлення на іншу котушку магнітної системи змінюють положення зони прив'язування дуги подовжуючи (Фіг. 2), чи скорочуючи (Фіг. 3) довжину дуги. Якщо подавати живлення на котушки за певним законом можна суттєво інтенсифікувати процес теплообміну дуги із плазмоутворювальним газом, вирівняти теплові, концентраційні та швидкісні характеристики плазмового потоку і покращити тим самим умови нагрівання матеріалу (наприклад під час плазмового нанесення покриття). Досліджувався плазмотрон, в якому реалізований запропонований спосіб керування потужністю. Плазмотрон має термохімічний катод і мідний вихідний електрод - анод. Як плазмоутворювальний газ застосовувалось повітря. Газ подавався через вузол закручування у дуговий канал між двома електродами. Загальна потужність плазмотрона змінювалась у процесі роботи і становила (11 - 15 кВт). Струм дуги стабілізований і становив 100 А. Витрата 3 повітря лежала в межах (4 - 5) м /год. На зовнішній поверхні анодного вузла 4 встановлюють три котушки електромагніту 5 із індивідуальним живленням кожна. Живлення здійснюється від окремого джерела, яке схемою комутації послідовно приєднується до котушок. У результаті досліджень встановлено, що суттєво (на 50 %) скорочується зона шунтування (за довжиною) за умови подавання напруги на одну із котушок. Це знижує коливання потужності під час роботи плазмотрона на (20 - 30)% порівняно із роботою без магнітної системи. Подання живлення на наступні котушки разом із скороченням розмірів зони шунтування і стабілізацією потужності, дозволяє змінювати потужність плазмотрона у межах (10 - 15) % порівняно із центральним положенням плями прив'язування. Джерела інформації 1. Даутов Г.Ю., Дзюба В.Л., Карп И.Н. «Плазмотроны со стабилизированными электрическими дугами» - К.: Наукова думка, 1984. 2. Патент на корисну модель №45003, МПК Н05Н 1/00, С23С 4/00, 26.10.2009 «Спосіб керування потужністю генератора дугової плазми». 3. («Электродуговые нагреватели газа». Μ. Φ. Жуков, В. Я. Смоляков, Б. А. Урюков, М.: Наука, 1973, стор. 16 - 17. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб керування потужністю плазмотрона, що включає зміну режимних параметрів горіння дуги після запуску плазмотрона і проходження всіх перехідних процесів, який відрізняється тим, що регулювання напруги на дузі здійснюють за рахунок зміни довжини дуги переміщенням плями її прив'язування у межах вихідного електрода за допомогою розміщених вздовж осі вихідного електрода котушок електромагніта, які вмикаються за визначеним законом. 2 UA 90773 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3