Электродуговой подогреватель газа

 

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к электродуговым плазмотронам, и может быть эффектно использовано в аэродинамических трубах. Целью изобретения является увеличение КПД подогревателя и повышение среднемассовой энтальпии плазменной струи. Указанная цель достигается за счет установки электромагнитной катушки непосредственно за критическим сечением разрядного канала соплового электрода, выполненного в виде сверхзвукового сопла, и выбором определенной длины цилиндрической дозвуковой части разрядного канала соплового электрода. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к электродуговым плазмотронам, и может быть эффективно использовано в аэродинамических трубах. Целью изобретения является увеличение КПД подогревателя и повышение среднемассовой энтальпии плазменной струи. Изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема подогревателя. Подогреватель содержит последовательно и соосно расположенные сопловый 1 и глухой 2 электроды, расположенную между ними вихревую камеру 3, объединенные силовым корпусом 4, электромагнитные катушки 5 и 6 питаются последовательно с дугой и отделены от корпуса 4 изоляторами 7. Глухой электрод 2 отделен от корпуса изолятором 8. В вихревую камеру выходят тангенциально расположенные отверстия 9 для подачи плазмообразующего газа, источник плазменной струи проходит через сопло 10. Подогреватель работает следующим образом. В вихревую камеру 3 подается газ. На электроды подается охлаждающая вода и напряжение от источника питания. Известным способом зажигается дуга, опорные пятна которой вращаются на электродах под действием магнитного поля и катушек и вихревой закрутки потока газов, причем в сопловом электроде опорное пятно может располагаться как в дозвуковой части разрядного канала, так и в сверхзвуковой части сопла 10. Длина цилиндрической дозвуковой части разрядного канала соплового электрода l_сэ выбирается из соотношения l_сэ ≅ (0,254 R_c^0,3 - 1,08 ˙10^-4 I/d_э)d_э, где R_c - число Рейнольдса, определяемое по параметрам газа на входе в сопловой электрод; I - номинальный ток дуги, А. ; d_э - диаметр дозвуковой части разрядного канала соплового электрода, м. Благодаря выбору длины l_сэ по указанному соотношению длина соплового электрода сокращается, это приводит к сокращению потерь в электроде и соответственно к увеличению КПД и энтальпии. Протягивание дуги за критическое сечение разрядного канала способствует образованию высокоэнтальпийного ядра потока, энтальпии в котором в 1,5-2,5 раза выше среднемассовой. В том случае, когда длина l_э превышает величину, рассчитанную из предлагаемого соотношения, дуга не выходит из дозвуковой части разрядного канала соплового электрода и не имеет ярко выраженного высокотемпературного ядра. Оптимальным расчетным режимом работы подогревателя с точки зрения уровня температуры (энтальпии) в ядре струи является режим, при котором опорная часть дуги находится в сверхзвуковой части соплового электрода, непосредственно за критическим сечением. При этом основные параметры подогревателя (I, G, d_э) cведены указанным соотношением и изменение хотя бы одного из них, вызывающее нарушение неравенства, приводит к смещению опорной части дуги в дозвуковую часть или в глубину сверхзвуковой части соплового электрода. И в том, и в другом случае режим работы подогревателя станет не оптимальным и цель изобретения не будет достигнута. При смещении пятна дуги в дозвуковую часть исчезает ярко выраженное высокотемпературное ядро струи, а при смещении по потоку в сверхзвуковую часть разрядного канала снижается общий уровень вкладываемой мощности, а вместе с ним и температура в ядре потока. Установка электромагнитной катушки непосредственно за критическим сечением разрядного канала ограничивает проникновение дуги в расширяющуюся сверхзвуковую часть соплового электрода. Испытания подогревателя показали, что по сравнению с прототипом получено повышение КПД на 5-10% , среднемассовой энтальпии на 10-20% , при этом энтальпия на оси потока в 1,5-2,5 раза превышает среднемассовое значение. (56) Авторское свидетельство СССР N 520729, кл. Н 05 В 1/00, 1976. Конотоп В. А. и др. Исследование электродугового подогревателя с газомагнитной стабилизацией дуги. Труды ЦАГИ, 1971 г. , вып. 1949, c. 3-11.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПОДОГРЕВАТЕЛЬ ГАЗА, содержащий расположенные соосно глухой электрод и сопловый, разрядный канал которого выполнен в виде сверхзвукового сопла, вихревую камеру ввода плазмообразующего газа, расположенную между электродами, и охватывающие электроды электромагнитные катушки, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД подогревателя и повышения среднемассовой энтальпии плазменной струи, электромагнитная катушка, охватывающая сопловый электрод, установлена на сверхзвуковой части соплового электрода непосредственно за его критическим сечением, а длина цилиндрической дозвуковой части соплового электрода, l_сэ выбрана из соотношения l_сэ ≅ (0,254R_с^0,3 - 1,08˙10^-4I / d_э ) d_э , где R_с - число Рейнольдса на входе в сопловой электрод; I - номинальный ток дуги, А; d_э - диаметр дозвуковой части соплового электрода, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1