Сопло плазмотрона

 

Изобретение относится к плазмотехнике и может быть использовано для воспламенения топлиеовоздушной смеси в камерах сгорания, и цилиндрах двигателей внутреннего сгорания и топках энергетических установок. Цель изобретения - повышение надежности плазмотрона в работе и увеличение ресурса работы. Плазмотрон содержит корпус с отверстиями для подводаи закрутки плазмообразующего газа. Внутри корпуса расположены изолированные одно от, другого сопло и катод. Сопло имеет последовательно расположенные по ходу газа участки а, b и с различной длины и с различным электрическим сопротивлением, что снижает потери тепла в сопле и исключают привязку дуги к торцу сопла. Сопло может быть изготовлено из оксикарбонитридной керамики с добавлением на участке b тугоплавкого металла, например молибдена, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.СОс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 10/00

ГО СУДА Р СТ В Е ННЫ К1 КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С) с выполнен зором 6 для а., цилиндрилектросопна участке 1, тверстию.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4737462/27 (22) 11.07.89 (46) 07.02.92. Бюл. М 5 (71) Научно-производственный центр при

Николаевском кораблестроительном институте им. адм. С.О. Макарова (72) И.Б, Матвеев и Н.П, Селезнева (53) 621,791.755.034 (088,8) (56) Электродуговые плазмотроны. Реклам- ный проспект под ред. M.Ô. Жукова, — Новосибирск, 1980, с. 74. (54) СОПЛО ПЛАЗМОТРОНА (57) Изобретение относится к плазмотехнике и может быть использовано для воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания, и цилиндрах двигатеИзобретение относится к плазмотехнике и может быть использовано для воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания и цилиндрах двигателей внутреннего сгорания и топках энергетических установок.

Целью изобретения является повышение надежности в работе и увеличение ресурса работы плазмотрона.

На чертеже показан плазмотрон, раз» рез, Плазмотрон состоит из корпуса 1, внутри которого помещены сопло (анод) 2, катод

БЫ 1710248 Al лей внутреннего сгорания и топках энергетических установок. Цель изобретения — повышение надежности плазмотрона в работе и увеличение ресурса работы, Плазмотрон содержит корпус с отверстиями для подвода. и закрутки плазмообразующего газа. Внутри корпуса расположены изолированные одно от,другого сопло и катод. Сопло имеет последовательно расположенные по ходу газа участки а, b и с различной длины и с различным электрическим сопротивлением, что снижает потери тепла в сопле и исключают привязку дуги к торцу. сопла. Сопла может быть изготовлено из оксикарбонитридной керамики с добавлением на участке

Ь тугоплавкого металла, например молибдена, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

3, изолятор 4 между ними. Корпу с отверстиями 5 и кольцевым за подачи плазмообразующего газ

Сопло 2 выполнено в виде ческой втулки с переменным э ротивлвнием, составляющим прилегающем к входному о (0,5 — 1,2) 10 Ом см, на среднем участке

Ь вЂ” (0,5 — 5) 10 Ом см, и на участке с, прилега ю щем к выходному отверсти ю — 1,0 (10—

-10 1 Ом.см. При этом длина участков

1а соответственно равна = (0,5 — 5,0) d, 1ь =

=(0,1 — 2,0) d, 4 — (0,01 — 1,0) d, где с! — диаметр выходного отверстия сопла.

1710248

Сопло изготовлено из оксикарбонитридной керамики с,добавками на участке b тугоплавкого металла, например молибде" на, в количестве 5-40 мас. .

Сопло плазмотрона работает следующим образом.

Подают напряжение от источника питания. Одновременно через отверстия 5 и кольцевой зазор 6 подают плазмообразующий газ. Между катодом и соплом (анодом) 1 возникает электрическая дуга. Поток плазмообразующего газа перемещает ее вдоль катода до участка b с низким удельным электросопротивлением, где дуга надежно шунтируется, Удельное сопротивление стенок участка а (0,5-1,2) 10 Ом см обеспечивает зажигание дуги, исключает электрический пробой дуга — стенка и крупномасштабное ее шунтирование. При удельном сопротивлеz нии стенок участка а, больше 1,2 10 Ом см наблюдается срыв плазменного разряда и вынос его из плазмотрона плазмообразующим газом, а при значениях удельного электросопротивления, меньше 0,5 10 Ом см, возникают пульсации дуги, что затрудняет ее стабилизацию. Низкое удельное электросопротивление (0,5 — 5,0) 10 Ом см участка в обеспечивает надежную фиксацию дуги.

Удельное сопротивление 5 10 Ом см соответствует добавке молибдена в количестве 5 мас. />, Удельное сопротивление, меньшее 0,5 10 Ом см, соответствует повышению содержания тугоплавкого металла свыше 40 мас, .

Снижение электросопротивления участка "b" ниже 0,5 10 Ом см путем повышения содержания молибдена больше 40 мас. приводит к резкому возрастанию эрозии анода при работе в кислородсодержащих средах в присутствии паров воды, что значительно снижает ресурс сопла. Повышение на 3-57 от удельного электросопротивления участка "b" выше 5 10 Ом см приводит к повышению средней температуры стенок сопла на 6—

8 С, что увеличивает термонапряженность стенок сопла и снижение надежности работы плазмотрона. На участке а происходит интенсивная турбулизация потока за счет спутной крутки вдуваемого газа, малая электропроводность участка а предупреждает срыв дуги потоком, не допускает электропробой дуга-стенка, крупномасштабное шунтирование, что повышает стабильность в работе.

Формула изобретения

1. Сопло плазмотрона, выполненное в виде цилиндрической втулки, о т л и ч а ю40 щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе и увеличение ресурса работы плазмотрона, втулка выполнена с переменным удельным электросопротивлением, составляющим соответственно на

45 участке, прилегающем к входному отверстию,(0,5 — 1,2) 10 Ом см, насреднемучастке — (0,5-5) 10 Ом см, на участке, прилегающем к выходному отверстию,—

1,0 (10 — 10 о) Ом см, при этом длина участ50 ков соответственно равна (0,5-5,0) d, (1-2) d и (0,01 — 1,0) d, где d — диаметр выходного отверстия сопла.

2. Сопло по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно выполнено из оксикарбонит55 ридной керамики с добавками тугоплавкого металла на среднем участке.

При удельном электросопротивлении участка "с", меньше 1,2 10 Ом см, происходит вынос пятна шунтирования дуги на торец сопла, вынос газом петли дуги за

5 пределы канала электрода, что повышает пульсации тока и напряжения дуги, а также снижает тепловой КПД плазмотрона.

Верхняя граница сопротивления участка с определяется сопротивлением керамики

0 без тоугоплавкого металла и составляет

1 10 Ом см.

В таблице приведены результаты подбора длин и сопротивлений участков анода при значениях напряжения, подводимого

15 на электроды, (150 — 200) В, тока (5,0 + 0,5) А, диаметр выходного отверстия сопла плазмотрона d = 5 мм.

Положительный эффект при указанном исполнении плазмотрона в широком диапа20 зоне изменения тока и расхода плазмообразующего газа реализуется за счет снижения потерь тепла в стенке сопла — анода, повышения энгальпии плазмы, теплового и электрического КПД плазмотрона, а высокое

25 электросопротивление торцового участка электрода исключает привязку дуги на торец и его разрушение.

Применение оксикарбонитридной керамики в качестве материала анода с добавле30 нием тугоплавкого металла на участке b, позволит обеспечить неизменной среднюю длину дуги в широком диапазоне изменений расхода газа и тока. Таким образом, обеспечивается повышение ресурса плазмотрона

35 и его надежность в работе. 1710248

Относитель-,:! ная длина

УчасРезультат опыта ток

Наблюдается пробой высокоомного покрытия торца сопла и фиксация дуги. в торец., Плазмотрон работает неустойчиво, так как резко падает ресурс сопла, угол раскрытия потока плазмы возрастает, длина факела сокращается, Плазмотрон работает устойчиво, анодное пятно дуги подвижно„

0,009d

0,01d

1,1d

Наблюдается повышение температуры выходного электрода более чем на 6 С, что говорит о повышении потока тепла

О в сопле (анод) и снижение теплового КПД плазмотрона, Hp дежность работы снижается.

Плазмотрон работает устойчиво без изменения режимных параметров плазмы .

0,1d

0,096

Анодное пятно имеет больший размер, чем длина участка

"Ь", в результате возрастает плотность тока, что при-; водит к резкому падению ресурса °

2;1d

Наблюдается заметная пульсация длины дуги, что приводит к пульсации тока, стабильность работы плазмотрона снижается.

Ь (0,1-2,0)d

Устойчивая работа плазмотрона без изменения режимных параметров плазмы.

1,4d

Заметно повышается пульсация длины дуги. из-за возрастания длины участка "Ь" при фиксированной общей длине, что приводит к снижению стабильности работы ллазмотрона.

Срыв дуги в начальный период фиксации вследствие превышения максимально допустимого сопротивления участка.

5,1d

0,9

Начало крупномасштабного шунтирования дуги, потеря устойчивости работы плазмотрона . (О, 01-0, 16) х х1 0

Устойчивая работа плазмотрона с диффузионной привязкой дуги

0,17:.10

5,12 10

Срыв дуги вследствие превышения падения напряжения по .сравнению с максимальным„ (0,5-5,0) ° 10

Устойчивая стабильная работа плазмотрона с подвижным анодным пятном дуги

0,4 10

Соответствует повышению содержания тугоплавкого материала, (молибдена)

Возрастает температура стенок сопла (анода), снижается подвижность анодного пятна, заметно возрастает эрозия стенок анода.

1710248

25

35

45

Составитель Г,Квартальнова

Техред М,Моргентал Корректор В,Гирняк

Редактор Е.Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 295 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5