Электродуговой плазмотрон с пароводяной стабилизацией дуги

 

Изобретение относится к электродуговым плазмотронам, работающим на водяном паре, и может быть эффективно использовано в плазмохимии, металлургии и для разрушения горных пород. Цель изобретения - увеличение теплового КПД плазмотрона, упрощение эксплуатации и уменьшение пульсаций парметров плазмообразующего газа. Сухой перегретый пар генерируется из охлаждающей воды в каналах 10 сопла-анода 9 и анодной вставки 8, а затем подается на вход в вихревую камеру 7. Подогрев плазмотрона осуществляется на воздухе путем подачи ее в вихревую камеру 6. При работе с паром на расчетном режиме (t_пара= 250-350°C) весь тепловой поток от плазмы в стенки анодной вставки 8 и сопла-анода 9 возвращается в плазме с произведенным паром, и тепловой КПД плазмотрона оказывается близким в 100% Наличие капиллярной структуры в каналах 10 сопла-анода 9, выполненной в виде уложенного с зазором в канал медного вытеснителя, обеспечивает эффективное испарение воды и беспульсационный режим подачи сухого перегретого пара в канал плазмотрона. 1 ил.

Изобретение относится к электродуговым плазмотронам, работающим на водяном паре, и может быть эффективно использовано в плазмохимии, металлургии и для разрушения горных пород. Цель изобретения увеличение теплового КПД плазмотрона и уменьшение пульсаций параметров плазмообразующего газа. На чертеже представлен продольный разрез электродугового плазмотрона, работающего на сухом перегретом паре, полученном в рубашках охлаждения его основных узлов. Плазмотрон содержит охлаждаемый парогенераторной водой стержневой катод 1, теплоизоляционный экран 2, установленный на обращенной к анодной вставке стороне катодной обоймы 3, межэлектродный электроизолятор 4, узел подачи плазмообразующего газа 5 с вихревыми камерами для воздуха 6 и пара 7, анодную вставку 8 и соплоанод 9. Анодная вставка и сопло-анод содержат в своих стенках рубашки охлаждения, выполненные в виде прямоугольных винтовых теплообменных каналов 10, причем в каналы рубашки сопла-анода уложен металлический вытеснитель 11. Плазмотрон работает следующим образом. Запуск плазмотрона начинается с подачи пускового воздуха в плазмотрон через вихревую камеру 6 и поджига дуги. Пусковой воздух используется без предварительного подогрева, так как имеется вторая вихревая камера 7 для подачи пара. Одновременно в рубашку охлаждения плазмотрона начинает подаваться парогенераторная вода в последовательности, указанной на чертеже. Сначала она поступает на охлаждение катода 1, затем на анод-сопло 9 в каналы 10 с уложенным в них с зазором 0,1-0,5 мм металлическим вытеснителем в виде медной проволоки 11. Здесь, протекая через в капиллярные зазоры, вода эффективно охлаждает анод, сама при этом нагревается и плавно без пульсаций испаряется. Образовавшийся в каналах 10 сопла-анода 9 водяной пар поступает далее в каналы 10 анодной вставки 8, в которых он прогревается с 110-140^о до 250-350^оС, охлаждая при этом анодную вставку. После запуска, когда конструкция плазмотрона еще недостаточно хорошо прогрета, образующийся влажный пар сбрасывается в атмосферу через дистанционно управляемый вентиль "В". Плазмотрон в это время работает на воздухе. Через 2-3 мин работы плазмотрон оказывается в расчетном тепловом режиме, пар становится сухим перегретым, вентиль "В" закрывается и через вихревую камеру 7 пар начинает поступать в разрядную камеру плазмотрона. Расход воздуха постепенно снижается до нуля и плазмотрон продолжает работать на чистом водяном паре в режиме автономной парогенерации. В этом режиме весь тепловой поток от плазмы через стенки разрядной камеры возвращается в плазму с произведенным паром, и тепловой КПД оказывается близким к 100% Встроенная в конструкцию плазмотрона система охлаждения, состоящая из парогенерирующих каналов, обеспечивает эффективное охлаждение теплонапряженных узлов плазмотрона анодной вставки и сопла-анода, одновременную стабильную генерацию сухого перегретого пара и позволяет упростить и автоматизировать управление плазмотроном. Заполнение центральной области теплообменных каналов сопла-анода, выполняющего роль испарителя, металлическим вытеснителем приводит к образованию капиллярной структуры течения жидкости между стенкой канала и вытеснителем, что обеспечивает беспульсационную подачу сухого перегретого пара и стабильные параметры плазменной струи. В настоящем плазмотроне осуществляется полная регенерация тепловых потерь от дуги в стенки разрядной камеры путем генерации за счет их сухого перегретого пара и использования его в этом же плазмотроне. Это, во-первых, упрощает весь комплекс систем жизнеобеспечения работы паровихревого плазмотрона, т.к. исключает из их числа внешний парогенеретор. Во-вторых, упрощает эксплуатацию и автоматизацию плазмотрона. В-третьих, увеличивает тепловой КПД плазмотрона, что облегчает внедрение паровихревых плазмотронов в различные области народного хозяйства (например, в реакторах для плазменной газификации бурых углей).

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН С ПАРОВОДЯНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ ДУГИ, содержащий соосно и последовательно установленные катодный узел с каналами охлаждения, вихревую камеру ввода плазмообразующей среды и сопло-анод в виде полого цилиндра с каналами охлаждения, выполненными в его стенке и соединенными на входе с каналами охлаждения катодного узла, отличающийся тем, что, с целью увеличения теплового КПД плазмотрона и уменьшения пульсаций параметров плазмообразующего газа, плазмотрон снабжен анодной вставкой, установленной соосно между вихревой камерой и соплом-анодом и выполненной в виде полого цилиндра с винтовыми каналами охлаждения в его стенке, соединенными на обращенном к соплу-аноду участке с выходом каналов его охлаждения, а на противоположном участке вставки с вихревой камерой, причем в каналах сопла-анода размещены проволочные вытеснители, образующие со стенками каналов капиллярную структуру, а плазмотрон снабжен дополнительной вихревой камерой, расположенной между катодным узлом и упомянутой вихревой камерой и соединенной с патрубком подачи воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1