Конструкция плазмотронов

Основным элементом электроплазменной установки является плазмотрон, т.е. генератор или подогреватель высокотемпературной плазмы.

В настоящее время основное применение получили плазмотроны постоянного тока и отчасти переменного тока.

Плазмотроны постоянного тока

Плазмотроны постоянного тока имеют простую конструкцию, высокая эффективность преобразования эл. энергии в тепловую и обеспечивают стабильность параметров плазмы.

Различают три типа плазмотронов постоянного тока: однодуговые, с расщепленной дугой и многодуговые (рис ).

Однодуговые

Такие плазмотроны имеют два электрода, между которыми горит эл. дуга. Существует разные конструкции плазмотронов такого типа. В качестве типичного примера однодугового плазмотрона можно привести следующую конструкцию (рис. а).

1 – электрод(катод)

2 – поток газа(аргон, азот)

3 – электрод-сопло

4 – дуговой разряд

5 – факел плазмы (плазменный поток)

Такая конструкция называется плазмотроном с продольно обдуваемой дугой . Плазмотроны такой конструкции применяется для получения плазменных потоков с малым поперечным размером..

Существуют конструкции плазмотронов с поперечно-обдуваемой дугой (рис. б).

1 – электроды

2 – поток газа

3 – сопло

4 – дуга

5 – факел плазмы

Такие плазмотроны позволяют получать плазменные каналы с большими поперечными размерами и увеличит ресурс работы электродов.

Рис.

Плазмотроны с распределенной дугой

Это плазмотроны с несколькими одноименными электродами. Схематично конструкция имеет следующий вид (рис. ).

1 – электрод (катод)

2 – поток газа

3 – секционированный электрод (анод), одновременно сопло

4 – дуга

5 – факел плазмы

Такой конструкции ток дуги распределяется по отдельным секциям одного электрода (анода), находящегося в более тяжелых температурных условиях. Ток, протекающий через одну будет уменьшаться пропорционально числу секций. Для равномерного распределения тока по секциям последовательного с каждой секцией включены балластные резисторы.

Такие плазмотроны имеют более высокий ресурс работы, но наличие балластных резисторов снижает к.п.д.

Многодуговые плазмотроны

В плазмотронах такого типа существует несколько индивидуальных дуг, которые могут быть включены последовательно, параллельно или в другой комбинации. Схематично конструкция такого плазмотрона имеет следующий вид.

При такой конструкции плазматрона повышается ресурс работы и однородность плазменного потока. Но усложняется конструкция установки и пока такие плазмотроны не получили широкого применения.

В промышленных электроплазменных установках для обработки металлических материалов(например резка, сварка и др.) очень часто применяется следующая конструкция плазмотрона постоянного тока (рис д).

ИП1 – источник питания для горения дежурной дуги 4 между электродом 1 и электродом-соплом 3

ИП2 – источник питания для горения основной дуги 4’ между 3 и изделием 6

В плазмотрон помещается плазмообразующий газ 2, который на выходе из сопла образует плазменный факел дежурной дуги 5. Это существенно облегчает зажигание основной дуги

СЗ – схема зажигания (источник периодического импульсного напряжения) служит для зажигания дежурной дуги и облегчает зажигание основной дуги.

Плазмотроны переменного тока

Достаточно широкое применение получили плазматроны и переменного тока промышленной частоты. Они просты по конструкции, имеют высокий КПД (до 90-95%) и не имеют предела увеличения мощности. Однако дуга переменного тока менее устойчива, чем на постоянном токе, а также на переменном токе снижается ресурс работы электродов(не более 200ч)

Для обеспечения устойчивого горения дуги переменного тока конструкция плазмотрона должна обеспечивать беспрепятственное возникновение дугового разряда каждый полупериод переменного напряжения.

Для этого обычно применяют трех и многофазные конструкции плазмотронов. Схематично конструкция такого плазмотрона в случае 3-х фазного испытания имеет следующий вид, показанный на рис. .

Рис.

На практике могут применяться комбинированные плазмотроны , в которых одновременно используется дуга переменного и постоянного тока.

Основные параметры современных плазмотронов

Мощность от нескольких Вт до нескольких десятков МВТ

Ресурс от нескольких часов до нескольких тысяч часов

К.п.д. может достигать 95% и более