Свч-плазмотрон для обработки дисперсных материалов

 

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к СВЧ-плазмотронам и реакторам, предназначенным для переработки дисперсных материалов. Целью изобретения является увеличение ресурса работы и улучшение качества обработки материала за счет газодинамического оттеснения его от стенок разрядной камеры. Внутрь прямоугольных волноводов 1 и 2 введены полые металлические пластины 4 с соосными отверстиями, на кромках которых образованы кольцевые сопла 7. Для обработки тугоплавких материалов введены две дополнительные разрядные камеры 10 и 11, установленные соосно с основной. Предложены геометрические размеры пластин и сопл. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике - к технике генерации СВЧ-низкотемпературной плазмы и может быть использовано для обработки материалов и нанесения плазменных покрытий. Целью изобретения является увеличение ресурса работы и улучшение качества обработки материала за счет газодинамического оттеснения его от стенок разрядной камеры, а также увеличение эффективности процесса обработки тугоплавких материалов. На фиг. 1 показан плазмотрон, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1. Плазмотрон содержит два прямоугольных волновода, выполненных из двух участков 1 и 2, к узким стенкам 3 которых подсоединены полые металлические пластины 4, удаленные одна от другой и от широких стенок 5 волноводов на расстояние b_с = 2,4 D_р.к./n. В этих пластинах на оси, перпендикулярной к широким стенкам волноводов, расположены отверстия 6 размером D_р.к., формирующие основную цилиндрическую разрядную камеру. Отогнутые кромки этих отверстий образуют кольцевые сопла 7. Внешние стенки сопл параллельны оси камеры, а внутренние отклонены к оси камеры на угол α . Полости пластин 4 соединены с патрубками 8 подачи плазмообразующего газа, закрепленными в отверстиях 9 узких стенок волноводов. Соосно с основной разрядной камерой установлены верхняя дополнительная разрядная камера 10 и нижняя 11, в которых разрядный канал D_р.к. образован набором конусообразных колец 12, формирующих кольцевые сопла, идентичные соплам в основной разрядной камере. Конусообразные кольца охвачены коллекторами 13 подачи плазмообразующего газа, который подводится по патрубкам 14 и 15. Торец 16 (входной) верхней дополнительной камеры спрофилирован для плавного разворота газовых потоков от периферии к центру для создания потока, спутного осевому потоку транспортирующего газа и порошка, вводимых через узел 17 подачи дисперсного материала. Открытый торец (выходной) нижней дополнительной камеры является выходным соплом 18. Поверхности всех кольцевых сопл покрыты термостойким диэлектрическим материалом 19, прозрачным для СВЧ-диапазона. Работа плазмотрона осуществляется следующим образом. Через патрубки 8, 14 и 15 подают плазмообразующий газ. Далее через волноводы 1 и 2 подводят энергию в СВЧ-диапазоне и одновременно одним из известных способов инициируют СВЧ-разряд, после чего в поток газа через узел 17 подают дисперсный порошок вместе с потоком транспортирующего газа. Введение полых профилированных пластин в прямоугольные волноводы позволяет без заметного отражения СВЧ-энергии в волноводе подвести газ к кольцевым соплам, расстояния между которыми выбраны из условия обеспечения дальнобойности струй в заданном диапазоне скоростей, чем достигается эффект пристеночного сплошного однородного газового потока, формирующего "стенки" газовой разрядной камеры и оттесняющего дисперсный материал в высокотемпературную область, что обеспечивает достижение цели изобретения. Кроме того, из конструкции исключен ненадежный малоресурсный элемент устройства - диэлектрическая разрядная камера. Опыт эксплуатации СВЧ-плазмотронов показывает, что при подведении мощности к разряду, превышающей погонный удельный энерговклад 1-2 кВт/см, плазменное образование выходит за пределы основной разрядной камеры вверх и вниз от нее. Введение дополнительных разрядных камер, охватывающих эти участки разряда, позволяет использовать эффект удаления разряда для повышения качества обработки дисперсного материала, преимущественно тугоплавкого, за счет увеличения времени пребывания этих частиц в высокотемпературной зоне разряда. Отсутствие этих камер пpиводит к потеpям мощности в элементах конструкции и в потоке отходящего газа, что ухудшает качество обрабатываемого материала. Конструктивные размеры пластин и кольцевых сопл (t, h и δ ) выбраны экспериментально для СВЧ-частот 915 и 2450 МГц, в диапазоне скоростей вдува газа через сопла W = 7-14 м/с и КСВН ≅ 1,5 при обработке различных дисперсных материалов. Рекомендуются следующие соотношения и формулы для вычисления указанных величине: t= 2,4 + h; h = (0,07-0,05) b; δ= , где t - расстояние между соплами, мм; D_р.к. - диаметр разрядной камеры, мм; n - число пластин с учетом стенок волновода; h - толщина пластин, мм; b - ширина узкой стенки волновода, мм; δ - ширина кольцевых сопл, мм. Рассматривая ресурс работы данной конструкции, нужно принять во внимание два момента. Во-первых, при осепараллельном потоке газа в разряде введение порошков через отверстие в плохообтекаемом теле, помещенном в этот поток, приводит к оседанию порошковых тел на обтекаемую поверхность за счет рециркуляционных потоков, что делает ресурс этих устройств невысоким. В данной конструкции рециркуляционные потоки подавлены защитными потоками, что способствует повышению ресурса. Во-вторых, долговечность работы плазмотрона увеличивается за счет того, что в роли разрядной камеры выступает не диэлектрическая трубка, которая из-за неизбежных загрязнений выводит плазмотрон из строя, а псевдокамера, образованная кромками соосных отверстий и газовыми потоками в промежутках между этими кромками, которые практически не ограничивают ресурс реактора. Надежность устройства обеспечивается также тем, что на рабочие торцы пластин методом плазменного напыления может наноситься слой диэлектрического материала, например Аl₂О₃ (поз. 19). Диэлектрический слой увеличивает диэлектрическую прочность разрядной камеры. Таким образом, по сравнению с действующей в промышленности установкой "Фиалка-2" ресурс которой ограничен 50 ч, данный плазмотрон должен иметь не менее 1000 ч работы. В данной конструкции обеспечивается прохождение порошковых тел в центральной зоне разрядной камеры по всей ее длине, что приводит к повышению качества при обработке их в СВЧ-разряде. (56) Авторское свидетельство СССР N 1116563, кл. Н 05 В 7/22, 1983. Авторское свидетельство СССР N 991932, кл. Н 05 В 7/18, 1981.

Формула изобретения

1. СВЧ-ПЛАЗМОТРОН ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащий прямоугольный волновод с соосными отверстиями в широких стенках, в которых установлена разрядная камера, выполненная в виде соосно установленных с равномерным зазором кольцевых сопл и охватывающих каждое из них коллекторов с патрубками подачи плазмообразующего газа, узел подачи дисперсного материала, установленный на торце камеры, к которому обращены выходные отверстия кольцевых сопл, и выходное сопло, расположенное на противоположном указанному торце камеры, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы и улучшения качества обработки материала путем газодинамического оттеснения его от стенок разрядной камеры, коллекторы выполнены в виде полых металлических пластин, установленных параллельно широким стенкам волновода с зазорами относительно них и с прилеганием к узким стенкам волновода, причем в пластинах выполнены центральные соосные отверстия, к кромкам которых пристыкованы упомянутые кольцевые сопла, а патрубки подачи плазмообразующего газа расположены на узких стенках волновода. 2. СВЧ-плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности процесса обработки тугоплавких дисперсных материалов, СВЧ-плазмотрон снабжен двумя дополнительными разрядными камерами, установленными соосно с основной по обе ее стороны вне волновода, при этом обе камеры выполнены в виде набора сопл, выполненных в виде конусообразных колец и охватывающих их коллекторов с индивидуальными патрубками подачи плазмообразующего газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---