Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы



Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы
Анод генератора дуговой плазмы и генератор дуговой плазмы

 

H05H1/34 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2504931:

ЯНТАЙ ЛУНЪЮАНЬ ПАУЭР ТЕКНОЛОДЖИ КО., ЛТД. (CN)

Изобретение относится к области плазменной техники. Генератор дуговой плазмы с многоступенчатой подачей газа содержит катод и анод. Анод выполнен, по меньшей мере, из двух участков, причем любые два соседних анодных участка электрически соединены друг с другом. Между любыми двумя соседними анодными участками обеспечены направляющие газ отверстия, которые являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают газовый поток, направление скорости которого одновременно имеет тангенциальную и осевую составляющие. Технический результат - повышение надежности работы генератора плазмы. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение касается, в общем, технической области плазмы и, в частности, относится к аноду генератора дуговой плазмы и генератору дуговой плазмы.

Уровень техники

За последнее время, с тех пор как дуговую плазму применяют все шире и шире в качестве специального источника нагревания, техника дуговой плазмы быстро развивается. Однако требуется все более и более высокая температура плазменной струи в новых областях применения и традиционный генератор дуговой плазмы не может удовлетворить эту потребность. В связи с этим возникла потребность в разработке генератора дуговой плазмы простой конструкции и с более высокой мощностью. Существует два основных способа повышения мощности генератора дуговой плазмы: увеличение тока и повышение напряжения разряда. Если выбран способ повышения тока генератора дуговой плазмы, то из-за строгих требований к электрическому устройству повышается его стоимость, кроме того такой способ приведет к большему разрешению электрода и сократит срок службы анода и катода генератора дуговой плазмы. Поэтому для повышения мощности генератора дуговой плазмы обычно принимают способ повышения напряжения.

В настоящее время широко применяемым генератором дуговой плазмы является генератор с одноступенчатым подводом анодного газа. При желании повысить выходное напряжение, это может быть достигнуто только за счет улучшения конструкции анода и удлинения дуги. Однако это затруднительно из-за ограниченных возможностей конструкции с одноступенчатым подводом анодного газа.

Другой вид традиционного способа повышения напряжения генератора дуговой плазмы заключается в повышении напряжения путем переноса дуги для ее удлинения. Аноды такого генератора плазмы соединены в изоляции последовательно. Когда для создания дуги генератор работает со ступенями первоначального инициирования катода и первого анода; и далее с цепью между катодом и первым анодом, во время размыкания цепи между катодом и первым анодом, замыкают цепь между катодом и вторым анодом, так что основание анодной дуги переносится с первого анода на второй анод; при данных ступенях основание анодной дуги может быть перенесено к третьему, четвертому аноду и т.д. При переносе действующей дуги удлиняется дуга, повышается напряжение генератора дуговой плазмы и дополнительно повышается его мощность. Однако рабочий процесс довольно сложный, поскольку работа генератора плазмы связана с переключением переключателей. Поскольку изоляция соединения анодов генератора представляет собой довольно сложную конструкцию, то имеется слишком много точек короткого замыкания и работа усложнена. Процесс переноса дуги неустойчив, изолирующие компоненты между анодами легко перегорают. И перенос дуги достигается только после неоднократного повторения процесса, надежность устройства неэффективна.

На фиг.1 представлена схема известного двуханодного плазменного генератора с изоляцией между анодами, плазменный генератор включает в себя катод 101, первый анод 102, газовое изолирующее кольцо 103, канал 104 водяного охлаждения и второй анод 105.

Принцип работы известного двуханодного плазменного генератора следующий: газовое изолирующее кольцо 103 изолирует первый анод 102 от второго анода 105, канал 104 водяного охлаждения охлаждает первый анод 102 и второй анод 105; когда двуханодный плазменный генератор инициирован, первый анод 102 первоначально подсоединен к положительному полюсу источника электроэнергии. После образования электрической дуги высокой частоты между первым анодом около катода 101 образуется дуга, и высокотемпературная плазменная струя проходит ко второму аноду 105. Поскольку высокотемпературная плазма не полностью рекомбинирует в момент отключения первого анода 102 и электрического источника, то между вторым анодом 105 и катодом 101 существует проводящий путь, и действующая дуга вытягивается к отдаленному второму аноду 105, происходит перенос дуги и получают длинную дугу с большим падением напряжения.

Несмотря на то что в известном двуханодном плазменном генераторе можно улучшить «поле ветра» в генераторе двухступенчатым подводом анодного газа, удлинить плазменную дугу и улучшить мощность плазмы, соединение, изолирующее аноды, в генераторе делает устройство довольно сложным, со многими точками короткого замыкания и усложненной работой. При включении двуханодного плазменного генератора первый анод подключен к положительному полюсу источника электропитания. После образования высокочастотной электрической дуги между первыми электродами около катода образуется дуга, и высокотемпературная плазменная струя выбрасывается через второй анод. Поскольку высокотемпературная плазма не рекомбинирует полностью в момент отключения первого анода от источника электропитания, то между вторым анодом и катодом существует проводящий путь, и дуга вытягивается к отдаленному второму аноду, происходит перенос дуги, и получена длинная дуга с большим падением напряжения. Процесс переноса дуги очень неустойчивый, изолирующие компоненты между анодами легко перегорают. И процесс достигается только после неоднократного его повторения, надежность устройства неэффективна. При работе генератора часто возникает эффект двойной дуги (т.е. существуют плазменные дуги между катодом и каждой ступенью анода), изолирующий материал между ступенями анодов прогорает, а безопасность неэффективна.

Раскрытие изобретения

Целью данного изобретения является обеспечение анода генератора дуговой плазмы и генератора дуговой плазмы повышенной мощностью.

Варианты осуществления данного изобретения имеют следующие технические решения.

Анод генератора дуговой плазмы, причем плазменный генератор представляет собой генератором дуговой плазмы с многоступенчатой подачей газа, плазменный генератор включает в себя катод и анод, анод содержит по меньшей мере два участка, причем любые два соседних анодных участка электрически соединены друг с другом.

При этом самый отдаленный от катода анодный участок включает в себя любой один из следующих компонентов: компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением; компонент с постепенно сужающимся проходным; компонент, состоящий из постепенно сужающегося прохода и постепенно расширяющегося прохода; и компонент с постоянным сечением.

Причем ближайший к катоду анодный участок включает в себя компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением.

За исключением самого отдаленного от катода анодного участка, все остальные анодные участки включают в себя соответственно компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением.

Между любыми двумя соседними анодными участками обеспечены направляющие газ отверстия, направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают создание газового потока, направление скорости которого одновременно имеет тангенциальную и осевую составляющие.

Направляющие газ отверстия распределены равномерно над анодом или газовым кольцом.

Торцы двух соседних анодных участков примыкают друг к другу и контактируют друг с другом, причем в контактном положении диаметр более удаленного от катода анодного участка больше диаметра другого анодного участка, так что образуется направляющая поток канавка, обеспечивающая ввод в генератор плазмы рабочего газа, введенного через направляющие газ отверстия.

Направляющий поток канавка образует вместе с внутренней полостью анода канал, в котором газовый поток, вводимый через направляющие газ отверстия, проходит вперед по спирали вдоль стенки внутренней полости анода, и основание дуги переносится вперед в наиболее удаленный от катода участок анода.

Плазменный генератор представляет собой генератор дуговой плазмы с многоступенчатой подачей газа, плазменный генератор включает в себя катод и анод, анод содержит по меньшей мере два участка, причем любые два соседних анодных участка электрически соединены друг с другом.

Наиболее удаленный от катода анодный участок включает в себя любой один из следующих компонентов: компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением; компонент с постепенно сужающимся проходным сечением; компонент, состоящий из постепенно сужающегося прохода и постепенно расширяющегося прохода, и компонент с постоянным проходным сечением.

Ближайший к катодному участку анодный участок представляет собой компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением.

За исключением самого отдаленного от катода анодного участка, все остальные анодные участки представляют собой соответственно компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением.

Между любыми двумя соседними анодными участками обеспечены направляющие газ отверстия, причем направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают создание газового потока, направление скорости которого одновременно имеет тангенциальную и осевую составляющие.

Направляющие газ отверстия равномерно распределены над анодом или газовым кольцом.

Торцы двух соседних анодных участков примыкают друг к другу и контактируют друг с другом, причем в контактном положении диаметр более удаленного от катода анодного участка больше диаметра другого анодного участка, так что образуется направляющая поток канавка, обеспечивающая ввод в генератор плазмы рабочего газа, вводимого через направляющие газ отверстия.

Направляющая поток канавка образует вместе с внутренней полостью анода канал в котором газовый поток, вводимый через направляющие газ отверстия, проходит вперед по спирали по стенке внутренней полости анода, и основание дуги переносится вперед в наиболее удаленный от катода анодный участок.

Между катодом и ближайшим к катоду анодным участком обеспечено изоляционное газовое кольцо.

Плазменный генератор представляет собой генератор дуговой плазмы с горячим катодом, между катодом и ближайшим к катоду анодным участком обеспечены направляющие газ отверстия, направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают создание газового потока, направление скорости которого одновременно имеет тангенциальную и осевую составляющие.

Плазменный генератор представляет собой генератор дуговой плазмы с холодным катодом, между катодом и ближайшим к катоду анодным участком обеспечены направляющие газ отверстия, направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями.

Технический эффект представленных выше решений состоит в следующем:

Анодные участки электрически соединены между собой, поэтому исчезает проблема, связанная с тем, что изоляционное соединение между анодными участками приводит к появлению множества точек короткого замыкания и отрицательно влияет на устойчивость дуги. При работе плазменного генератора по данному изобретению с многоступенчатой подачей газа, в газе между первым анодным участком и катодом, с помощью тока высокого напряжения, происходит пробой с образованием электрической цепи и создается электрическая дуга. Под действием вытягивающей силы, обеспечиваемой газом первичной подачи, вводимого около катода, дуга перемещается к следующему анодному участку, дальше от катода. В то же время осуществляют тангенциально ввод вторичного газа для того, чтобы основание дуги не «узнало» до следующей ступени дугового канала, при этом дуга будет шаг за шагом удлиняться и так, пока не достигнет последней ступени анода. При удлинении дуги напряжение плазменного генератора возрастает. Поскольку многоступенчатая подача газа осуществляется в тангенциальном направлении, создается хорошее кинематическое поле и значительно возрастает общий поток, увеличивается расстояние между фактическими положениями разряда на аноде и катоде, удлиняется длина дуги, повышается выходное напряжение генератора и повышается мощность плазменного генератора при заданном входном токе.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематичное изображение известного двуханодного плазменного генератора.

Фиг.2 - схематичное изображение первого варианта анода плазменного генератора с двухступенчатым подводом газа по данному изобретению.

Фиг.3 - схематичное изображение второго варианта анода плазменного генератора с двухступенчатым подводом газа по данному изобретению.

Фиг.4 - схематичное изображение третьего варианта анода плазменного генератора с двухступенчатым подводом газа по данному изобретению.

Фиг.5 - схематичное изображение четвертого варианта плазменного генератора с двухступенчатым подводом газа по данному изобретению.

Фиг.6 - схематичное изображение анода плазменного генератора с трехступенчатым подводом газа по данному изобретению.

Фиг.7 - схематичное изображение генератора дуговой плазмы с двухступенчатым подводом анодного газа с горячим катодом.

Фиг.7b - разрез газового кольца 702 фиг.7.

Фиг.8 - схематичное изображение генератора дуговой плазмы с двухступенчатым подводом газа с холодным катодом.

Фиг.8b - разрез газового кольца 802 фиг.8.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Раскрытый в настоящем изобретении анод с многоступенчатым подводом газа организует газовые потоки в основном за счет внутреннего конструктивного решения, кроме того обеспечивает ламинарное течение газа за счет дополнительного подвода энергии на следующей ступени, так что анодное основание дуги прекращает газораспределение только на последнем анодном участке.

Конструкции анодов для двухступенчатой подачи газа, к которым относится данное изобретение, приведены на фиг.2-5. На фиг.2 наиболее отдаленный от катода последний участок анода содержит только компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением; на фиг.3 наиболее отдаленный от катода последний участок анода содержит только компонент с постепенно сужающимся проходным сечением; на фиг.4 наиболее отдаленный от катода последний участок анода содержит компонент, состоящий из постепенно сужающегося прохода и постепенно расширяющегося прохода, причем этот компонент содержит между двумя проходами участок постоянного сечения; на фиг, 5 наиболее отдаленный от катода последний участок анода содержит компонент с постоянным сечением. На основе отмеченного выше разного конструктивного исполнения анода, для разных областей применения может быть получена плазменная струя с разной температурой. Как представлено на фиг.2-5, ближайший к катоду участок анода содержит компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением; остальные участки анода, за исключением наиболее отдаленного от катода участка анода, включают компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением.

Плазменный генератор, включающий в себя анод, показанный на фиг.2-5, содержит две части, т.е. анод и катод. При этом анод включает в себя: первый анодный участок 201 (301, 401, 501), ближайший к катоду; направляющие газ отверстия 202 (302, 402, 502) между анодными участками; второй анодный участок 203 (303, 403, 503); анодную герметизирующую оболочку 204 (304, 404, 504) для герметизации анода; канал водяного охлаждения 205 (305, 405, 505) для первого анодного участка; канал водяного охлаждения 206 (306, 406, 506) для второго анодного участка и направляющая поток канавка 207 (307, 407, 507) потока.

При этом между любыми двумя соседними анодными участками обеспечены направляющие газ отверстия 202 (302, 402, 503), направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают создание газового потока, обладающего одновременно тангенциальной и осевой составляющими скорости, а направляющие газ. отверстия равномерно распределены по аноду или по одному газовому кольцу.

Торцевые поверхности двух соседних анодных участков в контактном положении примыкают и контактируют друг с другом, для формирования направляющей поток канавки 207 (307, 407, 507), вводящей рабочий газ, который поступает в плазменный генератор через направляющие газ отверстия 202 (302, 402, 502), при этом диаметр более удаленного от катода анодного участка больше диаметра другого анодного участка. Направляющая поток канавка 207 (307, 407, 507) образована проходом и дуговым каналом следующей ступени, ее функция состоит в том, чтобы рабочий газ вводился в генератор так, чтобы газовый поток образовывал в аноде закрученный поток, внутренняя стенка анода охлаждается в достаточной степени и основание дуги в конце концов опускается в последнюю ступень анода.

Из этого следует, что направляющая поток канавка 207 (307, 407, 507) образует канал вдоль внутренней полости анода, в котором газовый поток, который вводится через направляющие газ отверстия 202, (302, 402, 502), проходит вперед спирально вдоль стенки внутренней полости анода, и основание дуги переносится в наиболее удаленный от катода участок анода.

При этом каждый анодный участок содержит контур водяного охлаждения, который охлаждает каждую ступень анода в достаточной степени, чтобы обеспечить продолжительный срок ее службы.

При работе плазменного генератора первичная подача газа происходит из первого анодного участка 201 (301, 401, 501), вторичная подача газа происходит из направляющих газ отверстий 202 (302, 402, 502) между анодными участками. Под действием направляющей поток канавки 207 (307, 407, 507), поскольку благодаря совместному действию ступеней подачи газа формируется хорошее кинематическое поле, основание анодной дуги перемещается во второй анодный участок 203 (303, 403, 503), что увеличивает длину дуги, повышает выходное напряжение генератора и повышает мощность генератора при заданном входном токе.

На фиг.2-5 представлен анод для двухступенчатой подачи газа, что можно понять, поскольку многоступенчатая подача газа аналогична двухступенчатой подаче. Фиг.6 представляет схематично анод для трехступенчатой подачи газа. Плазменный генератор с таким анодом включает в себя: первый анодный участок 601, второй анодный участок 602, третий анодный участок 603, защитную оболочку 604 анода, канал 605 водяного охлаждения для первого анодного участка, вторую ступень направляющих газ отверстий 606, канал 607 водяного охлаждения для второго анодного участка, третью ступень направляющих газ отверстий 608, вторую ступень 609 с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением, канал 610 водяного охлаждения для третьего анодного участка, третью ступень 611 с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением, направляющую поток канавку 612 второй ступени и направляющую поток канавку 613 третьей ступени. Принцип работы и технический эффект подобен тому, что представлено на фиг.2-5 и описание поэтому опущено.

Для более ясного понимания данного изобретения представлены два варианта осуществления плазменного генератора: один плазменный генератор с горячим катодом и другой плазменный генератор с холодным катодом.

Вариант 1

Фиг.7 представляет схему устройства генератора дуговой плазмы с горячим катодом, выполненного с анодом, имеющим двухступенчатую подачу газа.

701 - верхний катод, 702 - газовое кольцо, 703 - спиральный газовый поток, образованный за счет подачи газа первой ступени после его прохода через газовое кольцо 702, 704 - первый анодный участок, 705 - спиральный газовый поток подачи газа второй ступени после его выхода из направляющих газ отверстий 708 и прохода по направляющей поток канавке 709, 706 - второй анодный участок, 707 - путь перемещения дуги, 708 - направляющие газ отверстия и 709 - направляющая поток канавка.

Фиг.7b представляет сечение газового кольца 702 в плоскости А фиг.7, причем газовое кольцо 702, во избежание короткого замыкания между катодом 701 и первым анодным участком 704, выполнено из изолирующего материала, направляющие газ отверстия в газовом кольце 702 могут быть тангенциальными отверстиями или направляющими газ отверстиями, которые обеспечивают направление скорости газового потока, имеющее одновременно тангенциальную и осевую составляющие. Направляющие газ отверстия между катодом и ближайшим к катоду анодным участком могут быть выполнены в газовом кольце 702 или в первом анодном участке 704.

Направляющие газ отверстия 708 выполнены между любыми двумя соседними анодными участками, направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают направление скорости газового потока, имеющее одновременно тангенциальную и осевую составляющие, а направляющие газ отверстия распределены равномерно по аноду или газовому кольцу.

Торцы первого анодного участка 704 и второго анодного участка 706 примыкают и контактируют друг с другом. В контактном положении, с целью формирования направляющей поток канавки 709 для направляющего поток канала, диаметр второго анодного участка 706 больше диаметра первого анодного участка 704, так чтобы подача в плазменный генератор вторичного газа, вводимого через направляющие газ отверстия 708, происходила надлежащим образом.

Направляющая поток канавка 709 образует вместе с внутренней полостью анода канал, по которому газовый поток, вводимый через направляющие газ отверстия 708, проходит вперед спирально вдоль стенки внутренней полости анода, и основание дуги переносится вперед в наиболее отдаленный от катода участок анода.

Когда первичная подача газа проходит через газовое кольцо 702, то газовый поток под действием направляющих поток отверстий в газовом кольце 702, образует спиральное тангенциальное перемещение вдоль стенки в первом анодном участке 704; далее газовый поток перемещается во второй анодный участок 706, в результате резкого расширения участка (между первым анодным участком 704 и вторым анодным участком 706 происходит расширение) спиральное движение газового потока снижается; когда проходит вторичная подача газа из направляющих газ отверстий 708 через направляющую поток канавку 709 во втором анодном участке 706, то вторичный газовый поток под действием направляющей поток канавки 709 движется спирально в тангенциальном направлении по отношению к стенке второго анодного участка 706. После первичной и вторичной подачи газа вторичный газовый поток двигается вперед по спирали, охватывая первичный газовый поток.

Таким образом, когда дуга проходит между катодом 701 и анодом (образованным первым анодным участком 704 и вторым анодным участком 706), она фиксируется на центральной оси первого анодного участка 704 при первичном спиральном перемещении газового потока; когда дуга перемещается ко второму анодному участку 706, при отсутствии вторичной подачи газа, основание анодной дуги будет «падать» вблизи торца первого анодного участка 704, поскольку газовый поток переходит из состояния ламинарного движения в состояние турбулентного движения. Под действием вторичной подачи газа газовый поток разгоняется вдоль пристеночного слоя второго анодного участка. Поскольку дуга находится под воздействием движущегося газового потока, то ее длина увеличивается, напряжение дуги возрастает и повышается мощность плазменного генератора.

На фиг.7b представлен разрез установленного в генераторе газового кольца 702, газовое кольцо 702 является тангенциальным газовым кольцом. После прохождения газовым потоком тангенциального газового кольца формируется тангенциальный спиральный газовый поток, который движется по спирали; сформированная тангенциальным спиральным газовым потоком центральная зона пониженного давления не только фиксирует дугу на центральной оси анода, но создает также внутри анода холодную воздушную защитную пленку, которая защищает анод от нагрева излучением дуги и от разрушения основания дуги.

Вариант 2

Фиг.8 представляет схему генератора дуговой плазмы с холодным катодом, выполненного с анодом с двухступенчатой подачей газа.

801 - трубчатый катод, 802 - газовое кольцо, 803 - спиральный газовый поток, сформированный подачей газа первой ступени после его прохода через газовой кольцо 802, 804 - первый анодный участок, 805 - спиральный газовый поток, образованный газом второй ступени, после его прохода из направляющих газ отверстий 810 по направляющей поток канавке 811, 806 - второй анодный участок, 807 - путь перемещения дуги, 808 - подача газа на катоде, 809 - газовое кольцо для подачи газа на катоде, 810 - направляющие газ отверстия и 811 - направляющая поток канавка.

Фиг.8b представляет сечение показанного на фиг.8 газового кольца 802, газовое кольцо 802 является тангенциальным газовым кольцом. Во избежание короткого замыкания между катодом 801 и первым анодным участком 804 газовое кольцо 802 изготовлено из изолирующего материала, направляющие газ отверстия в газовом кольце 802 являются тангенциальными отверстиями. Направляющие газ отверстия между катодом и ближайшим к катоду анодным участком могут быть выполнены в газовом кольце 802 или в первом анодном участке 804.

Торцы первого анодного участка 804 и второго анодного участка 806 примыкают и контактируют друг с другом. В контактном положении диаметр второго анодного участка 806 больше диаметра первого анодного участка 804, так что в контактном положении для направляющего поток канала образуется направляющая поток канавка 811, по которой газ вторичной подачи, введенный через направляющие газ отверстия 810, вводится в плазменный генератор.

Таким образом, направляющая поток канавка 811 образует вместе с внутренней полостью анода канал, по которому газовый поток, поступающий через направляющие газ отверстия 810, проходит вперед по спирали вдоль стенки внутренней полости анода, а основание дуги переносится вперед в наиболее удаленный от катода участок анода.

При проходе первичного газа через тангенциальное газовое кольцо 802, газовый поток под действием направляющих газ отверстий в газовом кольце 802 осуществляет спиральное тангенциальное движение вдоль стенки первого анодного участка 804; далее газ движется ко второму анодному участку 806, спиральное движение газового потока ослабевает на участке резкого расширения (между первым анодным участком 804 и вторым анодным участком 806); когда вторичная подача газа проходит по направляющей поток канавке 811 во второй анодный участок 806, вторичный газовый поток под влиянием направляющей поток канавки 811 формирует спиральное движение в тангенциальном направлении к стенке внутри второго анодного участка 806. После взаимодействия между газом первичной и вторичной подачи вторичный газовый поток продвигается вперед по спирали, охватывая первичный газовый поток.

Подача газа со стороны катода осуществляется через кольцо 809 подачи газа. После прохода кольца 809 подачи газа через катод газовый поток спирально проходит вперед и в канале катода 801 встречается с газом первичной подачи, точкой встречи является место, от которого движется катодное основание дуги. Когда изменяются катодный газовый поток и давление первичного воздуха, то соответственно изменяется положение катодного основания дуги. Катодное основание дуги будет перемещаться назад и вперед по внутренней стенке трубчатого катода 801, тем самым срок службы трубчатого катода 801 продлевается.

Таком образом, когда дуга проходит между катодом 801 и анодом (образованным первым анодным участком 804 и вторым анодным участком 806), положение и перемещение катодного основания дуги определяется условиями подачи катодного газа и первичной подачей газа; в аноде под действием спирального перемещения первичного газового потока, дуга фиксируется на центральной оси первого анодного участка 804; когда дуга перемещается в положение второго анодного участка 806, при отсутствии вторичной подачи газа, анодное основание дуги будет «падать» вблизи торца первого анодного участка 804, поскольку газовый поток будет переходить из состояния ламинарного течения в состояние турбулентного течения. Под действием вторичной подачи газа газ разгоняется вдоль пристеночного слоя второго анодного участка 806. Под действием движущегося газового потока на втором анодном участке формируются активные пятна дуги, т.е. благодаря тому, что дуга находится под воздействием движущегося газового потока, увеличивается длина дуги, повышается напряжение дуги и повышается мощность плазменного генератора.

Как понятно из вышеизложенного, анодные участки в настоящем изобретении электрически соединены между собой. Как показано, например, на фиг.2, первый анодный участок 201 и второй анодный участок 203 являются двумя участками анода, которые изготовлены из электропроводящего материала и упираются торцами друг в друга; в данном случае нет перехода на соединительной части через изолирующий материал, обе части являются проводящими. Однако в известном уровне техники, см. фиг.1, 102 и 105 являются анодными участками, которые изготовлены из электропроводящего материала, но между 102 и 105 размещен изолирующий материал, и, таким образом, соединение между 102 и 105 является изоляционным соединением. Изоляционное соединение между анодными участками будет создавать проблемы с множеством точек короткого замыкания и т.д., и будет вызывать нестабильность дуги. В техническом решении по настоящему изобретению анодные участки электрически соединены друг с другом и, таким образом, отмеченные выше проблемы устранены и улучшена стабильность дуги.

Следует дополнительно отметить, что анод плазменного генератора и генератор по настоящему изобретению могут быть применены в области техники, относящейся к плазменным генераторам высокой мощности.

Несмотря на то что выше были проиллюстрированы и описаны различные предпочтительные примерные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что могут быть выполнены модификации и усовершенствования вариантов осуществления без отступления от объема и сущности изобретения, и модификации и усовершенствования также находятся в пределах защищаемого изобретением объема.

1. Анод генератора дуговой плазмы, характеризующийся тем, что генератор плазмы представляет собой генератор дуговой плазмы с многоступенчатой подачей газа, генератор плазмы включает в себя катод и анод, анод содержит по меньшей мере два участка, причем любые два соседних анодных участка электрически соединены друг с другом,
при этом между любыми двумя соседними анодными участками обеспечены направляющие газ отверстия, причем направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, которые обеспечивают газовый поток, направление скорости которого одновременно имеет тангенциальную и осевую составляющие,
торцы двух соседних анодных участков примыкают друг к другу и контактируют друг с другом, причем в контактном положении диаметр более удаленного от катода анодного участка больше диаметра другого анодного участка, так что образуется направляющая поток канавка, обеспечивающая ввод в генератор плазмы рабочего газа, вводимого через направляющие газ отверстия,
причем направляющая поток канавка образует вместе с внутренней полостью анода канал, в котором газовый поток, вводимый через направляющие газ отверстия, проходит вперед по спирали вдоль стенки внутренней полости анода, и основание дуги переносится вперед в анодный участок, наиболее удаленный от катода.

2. Анод генератора по п.1, в котором анодный участок, наиболее удаленный от катода, содержит компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением, или компонент с постепенно сужающимся проходным сечением, или компонент, содержащий постепенно сужающийся проход и постепенно расширяющийся проход, или компонент с постоянным сечением.

3. Анод генератора по п.2, в котором анодный участок, наиболее близкий к катодному участку, включает в себя компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением.

4. Анод генератора по п.2, в котором, за исключением наиболее удаленного от катода анодного участка, все остальные анодные участки включают в себя компонент с постепенно сужающимся-расширяющимся проходным сечением.

5. Анод генератора по п.1, в котором направляющие газ отверстия равномерно распределены над анодом или газовым кольцом.

6. Генератор дуговой плазмы, характеризующийся тем, что содержит анод по любому из пп.1-5.

7. Генератор по п.6, дополнительно содержащий между катодом и ближайшим к катоду анодным участком изоляционное газовое кольцо.

8. Генератор по п.6 или 7, характеризующийся тем, что является генератором дуговой плазмы с горячим катодом, при этом между катодом и ближайшим к катоду анодным участком обеспечены направляющие газ отверстия, причем направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями или отверстиями, обеспечивающими газовый поток, направление скорости которого одновременно имеет тангенциальную и осевую составляющие.

9. Генератор по п.6 или 7, характеризующийся тем, что является генератором дуговой плазмы с холодным катодом, при этом между катодом и ближайшим к катоду анодным участком обеспечены направляющие газ отверстия, причем направляющие газ отверстия являются тангенциальными отверстиями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области плазменной обработки поверхности. Способ заключается в том, что придают конструктивному элементу или конструктивным элементам (1), по меньшей мере, одно вращательное движение относительно, по меньшей мере, одного ряда неподвижно расположенных в линию элементарных источников (2), причем ряд или ряды расположенных в линию элементарных источников (2) размещают параллельно оси конструктивного элемента или осям вращения конструктивных элементов.

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложены варианты систем для сжатия плазмы и способов сжатия плазмы, в которых могут быть достигнуты давления плазмы выше предела прочности твердого материала, за счет впрыска плазмы в воронку жидкого металла, в которой плазма сжимается и/или нагревается.

Заявленная группа изобретений относятся к области электрофизики, в частности к технике диагностики плазмы, и может быть использована для измерения электронной концентрации и температуры нестационарной плазмы в широком диапазоне исследуемых параметров.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обработки материалов в среде низкотемпературной плазмы газового разряда, а именно к индукционным генераторам плазмы, размещаемым внутри технологического объема (рабочей камеры).

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к катодам-компенсаторам, работающим на газообразных рабочих телах. Технический результат - увеличение ресурса надежной работы и снижение трудоемкости изготовления.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для инициирования высокочастотной плазмы. Устройство для возбуждения высокочастотного факельного разряда содержит диэлектрическую трубку, установленную в пазу диэлектрического фланца, в осевом отверстии которого размещен полый силовой электрод так, что его глухой заостренный конец расположен внутри цилиндрической диэлектрической трубки, а другой конец силового электрода размещен за пределами диэлектрической трубки и электрически связан с высоковольтным электродом высокочастотного генератора.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для ускорения плазмы до гиперскоростей и получения нанодисперсных порошков титана и меди. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель содержит соленоид, цилиндрический титановый ствол, цепь питания.

Изобретение относится к области исследования плазмы. Магнитогидродинамическое моделирующее устройство включает в себя плазменный контейнер, в который помещен первый ионизируемый газ, первый электрический контур, расположенный рядом с плазменным контейнером, содержащий промежуток, электрические контакты на первой и второй сторонах промежутка, и первое вещество, имеющее, по меньшей мере, низкую магнитную восприимчивость и высокую проводимость.

Изобретение относится к области получения направленных потоков низкотемпературной плазмы с большим током и может быть использовано в микроэлектронике при производстве интегральных микросхем на активных и пассивных подложках и в дифракционной оптике при производстве элементов дифракционной оптики.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в металлообработке для плазмохимического модифицирования поверхности металлов (ионно-плазменное азотирование, плазменное оксидирование и т.д.), для плазменной обработки полимерных материалов (уменьшение пористости, изменение гидрофобных свойств и т.д.). Трансформаторный плазматрон содержит замкнутую газоразрядную камеру с системой магнитопроводов с первичными обмотками, держатель для фиксирования обрабатываемого материала, источник питания, при этом газоразрядная камера включает рабочую камеру и одну или более одинаковых П-образных камер с меньшим внутренним диаметром и меньшей либо равной длиной, каждая из которых имеет систему разборных магнитопроводов с первичными обмотками и установлена так, что вместе с рабочей камерой образует замкнутый путь для тока газового разряда. В данном изобретении достигается существенное увеличение скорости и качества процесса, коэффициента полезного действия устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электродуговым плазмотронам с водяной стабилизацией дуги и может быть эффективно использовано при резке всевозможных металлов. Технический результат - упрощение конструкции, увеличение мощности плазмотрона, энтальпии получаемой плазмы, скорости резки. Электродуговой плазмотрон содержит соосно и последовательно установленные охлаждаемые катодный узел, изолятор, вихревую камеру, систему ввода плазмообразующего газа и жидкости и анодный узел с соплом-анодом, установленным с межэлектродным зазором относительно катодного узла и образующим полость для жидкостной стабилизации дуги,переходящей на выходе в водяной экран. Полость в анодном сопле выполнена из двух сопряженных конических поверхностей: стенка на 2/3 длины начального участка полости составляет угол наклона α1=5-10°, далее α2=30-45° до цилиндрического участка на выходе, длина которого равна 0,5-0,8 его диаметра, при этом параметры анодного сопла определяют характер жидкостной стабилизации плазменной струи и защитные характеристики водосборника-рассекателя. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к инструментам для осуществления плазменной коагуляции ткани. Инструмент включает устройство подачи окислительного средства, устройство подачи газа и электрод для получения плазмы, устройство предотвращения карбонизации ткани при плазменной коагуляции. Устройство предотвращения карбонизации выполнено с возможностью приготовления смеси газа и окислительного средства для получения плазмы газа и окислительного средства, при этом предусмотрено двухкомпонентное распылительное устройство для подачи окислительного средства, являющееся самовсасывающим двухкомпонентным распылительным устройством. Использование изобретения позволяет повысить однородность обработки ткани. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для упрочняющей обработки деталей из сталей и сплавов цветных металлов методом плазменного азотирования. Заявленный способ включает установку полого катода из титана в разрядную систему, содержащую анодный электрод, постоянную прокачку через полый катод рабочего газа - азота, приложение между анодом и полым катодом напряжения и зажигание тлеющего разряда, ток которого задают таким, чтобы в течение нескольких минут температура полого катода увеличилась до температуры, близкой к температуре плавления титана (1668±4°С), формирование на поверхности полого катода слоя нитрида титана и переход разряда в низковольтный дуговой режим с термоэмиссионным катодом. Затем производят тренировку катода в дуговом режиме, для чего увеличивают ток дугового разряда при одновременном снижении напряжения его горения, поддерживая температуру полого катода близкой к температуре плавления титана, и в таком режиме поддерживают разряд в течение 40 мин. Техническим результатом является возможность изменения параметров разряда в широких пределах, ограниченных достижением температуры плавления нитрида титана (2950°С), а также многократное повышение тока разряда. 6 ил.

Изобретение относится к области электричества, касается способа модификации ионосферной плазмы, который может быть использован для исследования околоземного пространства, задач дальней НЧ радиосвязи, а также в целях радиопротиводействия. Способ модификации ионосферной плазмы включает формирование искусственных плазменных образований за счет ударных волн, расходящихся от мест взрывов отдельных пиропатронов Отстрел пиропатронов производят от кассеты по радиальным направлениям, формирование расходящихся ударных волн осуществляют путем одновременного взрыва всех пиропатронов, при этом плазменное образование с возбужденными в нем импульсными электромагнитными полями формируют в центральной области воздействия за счет сходящейся ударной волны, образующейся в результате смыкания фронтов от отдельных взрывов. Технический результат - увеличение мощности импульсных электромагнитных полей, повышение эффективности исследований околоземного пространства, НЧ радиосвязи и радиопротиводействия. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам для нагнетания текучей среды. Нагнетательный насос с диэлектрическим барьером для ускорения потока текучей среды содержит первый диэлектрический слой, в который встроен первый электрод, и второй диэлектрический слой, в который встроен второй электрод. Первый и второй диэлектрические слои отстоят друг от друга с образованием воздушного зазора между ними. В воздушном зазоре перед первым и вторым электродами относительно направления потока текучей среды, по меньшей мере частично, размещен третий электрод. Сигнал высокого напряжения подается на третий электрод от источника высокого напряжения. Указанные электроды взаимодействуют для получения в воздушном зазоре противолежащих асимметричных плазменных полей, которые создают индуцированный воздушный поток внутри указанного зазора. Индуцированный воздушный поток ускоряет поток текучей среды при его перемещении через указанный воздушный зазор. Технический результат - ускорение потока текучей среды внутри трубопровода. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиям и может использоваться в импульсных плазменных ускорителях, применяемых, в частности, в качестве электроракетных двигателей. Катод (1) и анод (2) эрозионного импульсного плазменного ускорителя (ЭИПУ) имеют плоскую форму. Между разрядными электродами (1 и 2) установлены две диэлектрические шашки (4), выполненные из абляционного материала. Торцевой изолятор (6) установлен между разрядными электродами в области размещения диэлектрических шашек (4). Устройство (9) инициирования электрического разряда подключено к электродам (8). Емкостный накопитель энергии (3) системы электропитания подключен через токоподводы к разрядным электродам (1 и 2). Разрядный канал ЭИПУ образован поверхностями разрядных электродов (1 и 2), торцевого изолятора (б) и торцевых частей диэлектрических шашек (4). Разрядный канал выполнен с двумя взаимно перпендикулярными срединными плоскостями. Разрядные электроды (1 и 2) установлены симметрично относительно первой срединной плоскости. Диэлектрические шашки (4) установлены симметрично относительно второй срединной плоскости. Касательная к поверхности торцевого изолятора (6), обращенной к разрядному каналу, направлена под углом от 87° до 45° относительно первой срединной плоскости разрядного канала. В торцевом изоляторе (6) выполнено углубление (7) с прямоугольным поперечным сечением. В углублении (7) со стороны катода (1) расположены электроды (8). Касательная к фронтальной поверхности углубления (7) направлена под углом от 87° до 45° относительно первой срединной плоскости разрядного канала. Углубление (7) вдоль поверхности торцевого изолятора (6) имеет форму трапеции. Большее основание трапеции расположено у поверхности анода (2). Меньшее основание трапеции расположено у поверхности катода (1). На поверхности торцевого изолятора (6) выполнены три прямолинейные канавки, ориентированные параллельно поверхностям разрядных электродов (1 и 2). Технический результат заключается в увеличении ресурса, повышении надежности, тяговой эффективности, эффективности использования рабочего вещества и стабильности тяговых характеристик ЭИПУ за счет равномерного испарения рабочего вещества с рабочей поверхности диэлектрических шашек. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиочастотным устройствам генерирования плазмы для двигателей внутреннего сгорания. Радиочастотное устройство генерирования плазмы содержит модуль (20) питания, подающий на выходной интерфейс сигнал (U) возбуждения на заданной частоте (Fc), позволяющий получить искру (40) на выходе резонатора (30) генерирования плазмы, соединенного с выходным интерфейсом модуля питания, и модуль (10) управления, задающий частоту модулю питания во время команды на радиочастотное генерирование плазмы. Модуль управления содержит средства для определения оптимальной частоты возбуждения, выполненные с возможностью адаптации заданной частоты (Fc) к условиям резонанса устройства после возникновения искры. Технический результат - возможность управления питанием радиочастотных свечей в каждом цилиндре и повышение срока службы свечей. 2 н.и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Заявленное изобретение относится к соплу для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Заявленное сопло содержит отверстие для выхода плазменной струи на носке сопла, первый участок, наружная поверхность которого выполнена по существу цилиндрической, и примыкающий к первому участку со стороны носка сопла второй участок, наружная поверхность которого сужается в направлении к носку сопла по существу на конус, при этом предусмотрена, по меньшей мере, одна канавка для подачи жидкости, проходящая частично по первому участку и по второму участку на наружной поверхности сопла в направлении к носку сопла, а также предусмотрена одна отдельная от канавки или канавок для подачи жидкости канавка для отвода жидкости, проходящая по второму участку, или предусмотрены одна канавка для подачи жидкости, проходящая частично по первому участку и по второму участку на наружной поверхности сопла в направлении к носку сопла, и, по меньшей мере, одна отдельная от канавки для подачи жидкости канавка для отвода охлаждающей жидкости, проходящая по второму участку. Техническим результатом является эффективное охлаждение сопла в зоне его носка и предупреждение термической перегрузки. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к технике переработки углеводородного сырья, в частности природного газа, и может быть использовано при получении углеродных нанотрубок и водорода. СВЧ плазменный конвертор содержит проточный реактор 1 из радиопрозрачного термостойкого материала, заполненный газопроницаемым электропроводящим веществом - катализатором 2, помещенный в сверхвысокочастотный волновод 3, соединенный с источником сверхвысокочастотного электромагнитного излучения 5, снабженный концентратором СВЧ электромагнитного поля, выполненным в виде волноводно-коаксиального перехода (ВКП) 8 с полыми внешним и внутренним 9 проводниками, образующими разрядную камеру 11, и системой вспомогательного разряда. Система вспомогательного разряда выполнена из N разрядников 12, где N больше 1, расположенных в плоскости поперечного сечения разрядной камеры 11 равномерно по ее окружности. Продольные оси разрядников 12 ориентированы тангенциально по отношению к боковой поверхности разрядной камеры 11 в одном направлении. На выходном конце внутреннего полого проводника 9 коаксиала ВКП 8 выполнено сопло 10. Каждый из разрядников 12 снабжен индивидуальным газопроводом 13 для подачи плазмообразующего газа в зону разряда. Изобретение позволяет увеличить реакционный объём, производительность и продолжительность непрерывной работы, а также стабилизировать «горение» СВЧ разряда. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх