Высокочастотный индукционный плазмотрон

 

Изобретение относится к плазменной технике, а именно, к конструкции плазмотронов, применяемых в химической и металлургической промышленности в качестве источника плазмы. Зазоры между водоохлаждаемыми трубками высокочастотного плазмотрона перекрыты вставками из диэлектрического термостойкого материала. Индуктор охватывает металлическую камеру, образованную трубками, и диэлектрическую оболочку, отделяющую металлическую камеру от индуктора. Диэлектрическая оболочка образована, по крайней мере, тремя слоями, первый из которых, обращенный к металлической камере, выполнен из эпоксидного компаунда с термостойким диэлектрическим гидрофильным наполнителем. Второй слой выполнен из кремнийорганического компаунда, а третий слой - из термостойкого диэлектрического гидрофильного тканевого материала. Толщина каждого слоя диэлектрической оболочки выбирается равной 1,0-1,5 мм. Применение многослойной оболочки из гидрофильных материалов позволило исключить электрические пробои, увеличить стабильность ресурс работы плазмотрона до нескольких сотен часов, исключить применение дорогостоящих материалов. 1 з.п.ф-лы., 1 ил.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к конструкции плазмотронов, применяемых в химической и металлургической промышленности в качестве источника.

Известен высокочастотный индукционный (ВЧИ) плазмотрон, выполненный в виде металлической камеры, размещенной в кварцевой трубе и представляющей собой набор круглых или профилированных трубок, охлаждаемый водой и расположенный по образующей цилиндра, ось которого совпадает с осью индуктора, охватывающего металлическую камеру /1/. Зазор между трубками герметизирован тугоплавким диэлектрическим материалом.

Недостатком данного ВЧИ-плазмотрона является незначительный ресурс кварцевого стекла из-за его металлизации, наличие емкостных разрядов, инициирующих электрические пробои между индуктором и металлической камерой. Кроме этого, из-за разного коэффициента температурных расширений тугоплавкий диэлектрик отслаивается с поверхности металлических трубок.

Известен также ВЧИ-плазмотрон /2/ (прототип), выполненный аналогично /1/, в котором для уменьшения толщины стенок плазмотрона и упрощения конструкции вертикальные щели (зазоры) в металлической водоохлаждаемой камере закрыты диэлектрическими вставками из оксида кремния или оксида алюминия с высокотемпературной замазкой на основе фосфатов. Во избежание электрических пробоев между индуктором и металлической камерой используется фторопластовое покрытие металлических трубок и индуктора.

Недостатком прототипа является ненадежность фторопластового покрытия из-за явления электрострикции и термопластичности (хладотекучести) фторопласта, что приводит к деформации фторопласта, его отслаиванию и разгерметизации плазмотрона. Фторопласт накапливает заряды статического электричества с последующим электрическим пробоем между индуктором и металлической камерой, между индуктором - металлической камерой и заземленными деталями оборудования.

Поэтому эксплуатация ВЧИ-плазмотрона с фторопластовым покрытием неприемлема для промышленных условий.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка конструкции ВЧИ-плазмотрона, исключающей накопление статических (емкостных) электрических зарядов, направленной на увеличение ресурса ВЧИ-плазмотрона.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в ВЧИ-плазмотроне, содержащем металлическую камеру, образованную набором водоохлаждаемых профилированных трубок, расположенных по образующей цилиндра, зазоры между трубками перекрыты вставками из диэлектрического термостойкого материала, индуктор, охватывающий металлическую камеру, и диэлектрическую оболочку, отделяющую металлическую камеру от индуктора, диэлектрическая оболочка выполнена по крайне мере из трех слоев, в которых первый слой, обращенный к металлической камере, выполнен из эпоксидного компаунда с твердым термостойким диэлектрическим гидрофильным наполнителем, второй слой выполнен из кремнийорганического компаунда, а третий слой выполнен из диэлектрического термостойкого гидрофильного тканевого материала. Толщина каждого слоя равна 1,0 - 1,5 мм.

На чертеже представлен продольный разрез заявляемого ВЧИ-плазмотрона.

ВЧИ-плазмотрон состоит из металлической камеры, образованной набором металлических водоохлаждаемых трубок 1, зазоры между трубками перекрыты термостойкими диэлектрическими вставками 2 (например, из силикатного фарфора), индуктора 3 и многослойной диэлектрической оболочки, размещенной на поверхности камеры и отделяющей металлическую камеру от индуктора. Оболочка состоит, по крайней мере, из трех слоев.

Первый слой 4 - это гидрофобный эпоксидный компаунд с гидрофильным наполнителем в виде оксида металла (например, оксид циркония) толщиной 1,0 - 1,5 мм, который за счет адсорбции тончайшей пленки воды на оксиде металла обеспечивает поверхностную электропроводность электрического характера.

Второй слой 5 - эластичный, относительно термостойкий кремнийорганический компаунд толщиной 1,0 - 1,5 мм предназначен для герметизации микротрещин в слое жесткого эпоксидного компаунда. Кроме этого, как и первый слой, кремнийорганический компаунд является изолятором с высоким удельным объемным сопротивлением.

Третий слой 6 выполнен из тканевого материала (например, стеклоткань) толщиной 1,0 - 1,5 мм, является бандажным, препятствует вспучиванию кремнийорганического компаунда, а также в силу своей гидрофильности и развитой поверхности обеспечивает снятие электростатического заряда.

Наличие гидрофильных слоев также препятствует накоплению заряда в двойном электрическом слое в местах контакта разнородных материалов.

Эпоксидный компаунд с наполнителем и кремнийорганический компаунд, предпочтительно в тестообразном состоянии, наносятся на поверхность металлической камеры, перекрывая также и диэлектрические термостойкие вставки.

ВЧИ-плазмотрон работает следующим образом.

Плазма генерируется из плазмообразующего газа в центральной области металлической камеры высокочастотным электромагнитным полем, подводимым к плазмотрону индуктором 3. Водоохлаждаемые трубки 1 отводят тепловую энергию, излучаемую плазмой, а также выделяющееся в трубках тепло, обусловленное индукционным током. Диэлектрические вставки 2 экранируют основную часть теплового и светового излучения, приходящегося на зазор между трубками и препятствуют замыканию индукционных токов между отдельными трубками.

Под действием высокочастотного электромагнитного поля на диэлектрическом многослойном покрытии индуцируется емкостной электростатический заряд.

Наличие гидрофильных слоев относительно увеличивает поверхностную и межслоевую электропроводность диэлектрической изоляционной оболочки, при этом заряды, индуцированные на поверхностях оболочки, стекают на заземленную часть плазмотрона.

Применение многослойной оболочки из гидрофильных материалов на промышленном образце ВЧИ-плазмотрона позволило исключить электрические пробои, увеличить стабильность и ресурс работы плазмотрона до нескольких сотен часов, исключить применение дорогостоящих материалов.

Источники информации.

1. Крапивина С. А. Плазмохимические технологические процессы. Л. , "Химия", 1981, с. 93.

2. Туманов Ю.Н. Низкотемпературная плазма и высокочастотные электромагнитные поля в процессах получения материалов для ядерной энергетики. М., Энергоатомиздат, 1989, с. 112 (прототип).

Формула изобретения

1. Высокочастотный индукционный плазмотрон, содержащий металлическую камеру, образованную набором водоохлаждаемых трубок, расположенных по образующей цилиндра, в которой зазоры между трубками перекрыты вставками из диэлектрического термостойкого материала, индуктор, охватывающий металлическую камеру и диэлектрическую оболочку, отделяющую металлическую камеру от индуктора, отличающийся тем, что диэлектрическая оболочка выполнена, по крайней мере, из трех слоев, первый из которых, обращенный к металлической камере, выполнен из эпоксидного компаунда с термостойким диэлектрическим гидрофильным наполнителем, второй слой выполнен из кремний-органического компаунда, а третий - из термостойкого диэлектрического гидрофильного тканевого материала.

2. Высокочастотный индукционный плазмотрон по п.1, отличающийся тем, что толщина каждого слоя диэлектрической оболочки равна 1,0 - 1,5 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1