Анод генератора электролитной плазмы

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к генераторам электролитной плазмы, и может быть использовано в электроразрядных устройствах с жидким электролитным катодом, в которых горение разряда осуществляется в тлеющем режиме. Горизонтального типа водоохлаждаемый металлический анод генератора электролитной плазмы выполнен в виде пластины с вертикальными прорезями шириной 4-5 мм. Изобретение позволяет уменьшить габаритные размеры анода при повышенных мощностях генератора плазмы. 4 ил.

 

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к генераторам электролитной плазмы, и может быть применено в электроразрядных устройствах с жидким электролитным катодом, в которых горение разряда осуществляется в тлеющем режиме. Особенностью тлеющего разряда с жидким электролитным катодом является то, что он горит при атмосферном давлении в диффузной форме. Плотность тока в разряде находится в пределах от 0,1 до 1,0 А/см².

Известны аноды генераторов электролитной плазмы, выполненные в виде вертикальных стержней (см. Гайсин Ф.М., Гизатуллина Ф.А., Камалов P.P. Энергетические характеристики разрядов в атмосфере между электролитом и медным анодом. // Физ. ХОМ, 1985, №4, с.58-64 [1], Гайсин Ф.М., Сон Э.Е., Шакиров Ю.И. Объемный разряд в парогазовой среде между твердым и жидким электродами. - М.: Изд-во ВЗПИ, с.62-63 [2]). Генераторы плазмы с такими анодами не пригодны для формирования потоков плазмы, которые могли бы найти применение на практике.

Прототипом выбран стержневой анод горизонтального типа (см. Тазмеев А.Х., Тазмеев Х.К. Способ получения потока плазмы из паров электролита и устройство для его осуществления. Патент РФ №2242848. Бюл. №35. 20.12.2004 [3]). Такой анод позволяет формировать высокоэнтальпийный поток плазмы в вертикальном направлении, который может использоваться для обработки материалов. Прототип имеет следующие недостатки: 1) при повышенных мощностях генератора плазмы габаритные размеры анода получаются большими, т.к. ввиду того, что максимальное значение плотности тока в разряде является ограниченным (˜1 А/см²), повышение мощности достигается увеличением размеров электродов; 2) плазменный поток растянут по горизонтали вдоль стержневого анода, вследствие чего снижаются его технологические возможности.

Данное изобретение направлено на уменьшение габаритных размеров анода при повышенных мощностях генератора плазмы.

Это достигается тем, что горизонтального типа водоохлаждаемый металлический анод генератора электролитной плазмы выполняется в виде пластины с вертикальными прорезями шириной от 4 до 5 мм.

На фиг.1-4 представлены схемы, поясняющие выбор ширины прорезей. На этих схемах 1 - водоохлаждаемый металлический анод; 2 - жидкий электролит; 3 - газовый разряд; 4 - поток плазмы; 5 - прорезь в аноде. Внутри анода пунктирными линиями обозначены каналы для воды (фиг.1).

Формирование потока плазмы 4 в вертикальном направлении зависит от взаимного расположения анода 7 и электролита 2. Они должны располагаться так, чтобы под действием реактивных сил плазменного потока возникло углубление внутри электролита [3]. При горении разряда между боковой поверхностью анода и краем углубления в электролите образуется зазор Δ (фиг.2). Этот зазор имеет размеры от 2 до 3,5 мм в зависимости от химического состава и концентрации электролита.

В случае, когда анод имеет вертикальные прорези, при горении разряда могут быть образованы различные комбинации расположения углублений в электролите. На фиг.3 изображена одна из комбинаций, которая получается при условии, когда ширина s прорези больше удвоенного значения зазора Δ (т.е. s>2Δ). В данном случае между двумя соседними углублениями образуется бугорок (на фиг.3 обозначен символом Ω). Положение этого бугорка неустойчивое. Плазменные потоки увлекают за собой жидкий электролит с поверхности бугорка в виде капелек, которые, падая обратно, еще сильнее нарушают устойчивость бугорка. В результате происходит набрызгивание поверхности анода электролитом и нарушается стабильность газового разряда.

Увеличивая ширину s прорези можно устранить возмущения, нарушающие стабильное горение разряда. Однако при этом возрастают габариты анода (увеличивается размер f на фиг.3 и 4).

Наиболее выгодная комбинация расположения углублений в электролите получается тогда, когда соседние углубления, объединяясь, образуют единое углубление (фиг.4). Такая комбинация реализуется при условии s<2Δ.

Ширина вертикальной прорези в аноде в этом случае должна быть в пределах 4÷6 мм. Прорези шириной меньше 4 мм нежелательны, т.к. уменьшается их пропускная способность, из-за чего усиливается пространственная неоднородность потока плазмы.

Таким образом, вертикальные прорези шириной 4÷6 мм, выполненные в аноде, позволяют существенно уменьшить его максимальные габаритные размеры при повышенных мощностях генератора плазмы. Например, линейный размер 1 (вдоль прорези) анода с одной прорезью получается более чем в два раза меньше по сравнению с прототипом.

Горизонтальные профили прорезей могут иметь вид различных плоских геометрических фигур. При этом ширина прорези должна находиться в пределах 4÷6 мм. Прорези могут быть выполнены в различном количестве.

Аноды с одной и двумя (параллельными между собой) прорезями шириной 4 и 6 мм были испытаны в диапазоне мощностей от 10 до 20 кВт. Горизонтальные профили прорезей были в виде прямоугольников. Габаритные размеры анодов составляли: с одной прорезью - 40×22×9 мм; с двумя параллельными прорезями - 32×32×9 мм. Здесь первый размер - это 1; второй - f; третий - толщина пластины.

Горизонтального типа водоохлаждаемый металлический анод генератора электролитной плазмы, отличающийся тем, что он выполнен в виде пластины с вертикальными прорезями шириной 4-5 мм.