Электродуговой шестиструйный плазматрон



Электродуговой шестиструйный плазматрон
Электродуговой шестиструйный плазматрон

 

H05H1/26 - 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 2529740:

Карих Андрей Феликсович (RU)
Карих Феликс Гансович (RU)
Попроцкий Владимир Сергеевич (RU)
Попроцкий Роман Владимирович (RU)

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в области атомно-эмиссионного спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, а также в качестве их атомизатора для корректировки траектории космических аппаратов. В устройстве заявленного шестиструйного плазматрона плазмообразующие медные головки, смонтированные на диэлектрических плато, жестко присоединены к кронштейнам с возможностью перемещения вдоль осей головок в направлении, перпендикулярном относительно трубчатых стоек. Над ними кольцеобразно размещены трубчатая камера подачи в головки аргона, защищающего электроды от окисления, и камера распределения рабочего газа. Над стойками аксиально вышеупомянутым камерам размещены камера ввода охлаждающей воды в секции головок из вертикального канала ввода воды и камера сброса воды в канал, связь которых с секциями головок осуществлена посредством гибких шлангов. Для охлаждения водяного потока предусмотрен радиатор. Стойки расположены на монтажном столе, между стойками жестко смонтирован патрубок, формирующий анализируемый газовый поток или обрабатываемый порошковый материал, и цилиндр, обеспечивающий синхронность изменения угла схождения шести головок посредством системы, в составе которой содержится плато с монтируемыми подвижно кронштейнами, обеспечивая изменение величины межэлектродного промежутка плазмообразующих головок. Техническим результатом является обеспечение возможности полного контроля любых газовых потоков при термической обработке любых порошковых материалов заданного фракционного состава с помощью плазменного потока с температурой выше 6000°С. 2 ил.

 

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в области атомно-эмиссионного спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, а также в качестве их атомизатора для корректировки траектории космических аппаратов.

Известен шестиэлектродный высоковольтный факельный источник возбуждения спектра газовых потоков, запитанный от трехфазного высоковольтного трансформатора, отличающийся высокоактивным захватом подводимого газа [патент РФ №2085871]. Его недостатком является сравнительно низкая температуры плазменного факела (4000°C), недостаточная для контроля содержания элементов с энергиями возбуждения спектральных линий выше 4 эВ.

Этот недостаток позволяет устранить электродуговой двухструйный плазматрон для спектрального анализа, содержащий водоохлаждаемые детали в составе вольфрамового катода, медных вставок и анода, формирующих электронейтральный поток плазмы [Евразийский патент №006622 2006 г.].

Недостатком этого электродугового нагревателя является ограниченная его применимость лишь для анализа растворов и порошковых материалов при неспособности контроля состава газовых потоков.

Заявляемое изобретение направлено на получение плазменного потока температурой выше 6000°C для обеспечения полного контроля состава любых газовых потоков с возможностью термической обработки любых порошковых материалов заданного фракционного состава.

Для достижения поставленной цели в электродуговом плазматроне, содержащем водоохлаждаемые детали в составе вольфрамового катода, медных вставок и анода, формирующих электродуговой канал в плазмообразующих головках, которые в количестве шести составленны из трех двухструйных плазматронов, запитаны от трехфазного выпрямителя и выполнены конической формы с углом при вершине менее 90°, и, располагаясь в одной горизонтальной плоскости, генерируют плазменные струи, направленные вдоль образующих конуса с тупым углом при вершине, образуя купол с высокой эффективностью газодинамического захвата подводимых к куполу материалов, а оснастку плазматрона, в составе систем охлаждения, газообеспечения и энергоснабжения, осуществляют посредством их параллельного подсоединения к каналам, смонтированным кольцеобразно вокруг оснований плазмообразующих головок плазматрона.

Для пояснения устройства шестиструиного плазматрона на фиг.1 приведен схематический вид сверху, где плазмообразующие медные головки 1, смонтированные на диэлектрических плато 2, жестко присоединены к кронштейнам 3 с возможностью перемещения вдоль осей головок 1 в направлении перпендикулярном относительно трубчатых стоек 4. Над ними кольцеобразно размещены трубчатая камера 5 подачи в головки аргона, защищающего электроды от окисления и камера 6 распределения рабочего газа (воздуха) посредством гибких шлангов 7. Подача защитного газа к медным анодам с контактами A1, А2, A3 и вольфрамовым катодам с контактами K1, К2 и К3 осуществлена посредством гибких шлангов 8. Над стойками 4 аксиально камерам 5 и 6 размещены камера 9 ввода охлаждающей воды в секции головок из вертикального канала 17 ввода воды (см. фиг.2, где приведен вертикальный разрез плазматрона по плоскости, проходящей через оси пары головок, запитанной от одной из фаз используемого трехфазного выпрямителя, в частности, подключенной к анодной головке с электродом А2 с вспомогательным катодом ВК2 и катодную головку с катодом К2 со вспомогательным анодом А2) и камера 10 сброса воды в канал 19, связь которых с секциями головок осуществлена посредством гибких шлангов 11 и 12. Разогретый в процессе работы плазматрона водяной поток 19 направлен для охлаждения в радиатор (на фиг.2 не показан), из которого возвращен в виде охлажденного потока 17. Стойки 4 расположены на монтажном столе 20, между которыми жестко смонтирован патрубок 14, формирующий анализируемый газовый поток или обрабатываемый порошковый материал 15 [патент РФ №2375687], и цилиндр 13, обеспечивающий синхронность изменения угла схождения шести головок посредством системы 21, в составе которой содержатся плато 22 с монтируемыми подвижно кронштейнами 3, обеспечивая изменение величины межэлектродного промежутка плазмообразующих головок. Плазматрон работает следующим образом.

На первом этапе запускают системы водяного охлаждения и газового обеспечения при расходах воды, аргона и воздуха, значения которых устанавливают в период проведения пусконаладочных работ.

На втором этапе включают систему энергообеспечения в обычном режиме работы двухструнных плазматронов.

На третьем этапе запускают систему разведения плазмообразующих головок для формирования плазменного купола при угле слияния плазменных струй, установленном в процессе оптимизации газодинамических параметров, обеспечивающих реализацию конкретной задачи как при разработке спектроаналитических методик, так и при разработке технологических процессов термической обработки порошковых материалов.

На четвертом этапе запускают систему подачи термообрабатываемого порошкового материала или контролируемого газового потока, например отходящие газы металлургического производства при контроле состояния плавки в реальном времени [Карих Ф.Г. «Методология определения физико-химических параметров плавки металлов на основе спектроаналитических данных» //Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Челябинск-2004, 310 с.] с регистрацией получаемых результатов.

На пятом этапе реализуют отключение всех систем поочередно в обратном порядке работы.

Электродуговой шестиструйный плазматрон, содержащий водоохлаждаемые детали в составе вольфрамового катода, медных вставок и анода, формирующих электродуговой канал в плазмообразующих головках, отличающийся тем, что они, в количестве шести, составленные из трех двухструйных плазматронов, запитаны от трехфазного выпрямителя и выполнены конической формы с углом при вершине менее 90° и, располагаясь в одной горизонтальной плоскости, генерируют плазменные струи, направленные вдоль образующих конуса с тупым углом при вершине, образуя купол с высокой эффективностью газодинамического захвата подводимых к куполу материалов, а оснастку плазматрона, в составе систем охлаждения, газообеспечения и энергоснабжения, осуществляют посредством их параллельного подсоединения к каналам, смонтированным кольцеобразно вокруг оснований плазмообразующих головок плазматрона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нагрева различных газов и в качестве поджигающего устройства пылеугольной горелки. Технический результат - повышение КПД устройства и увеличение ресурса рабочих электродов.
Заявленное изобретение относится к физике плазмы. В заявленном устройстве с магнитным удержанием плазмы типа «ловушка с магнитными пробками» рабочий объем заполнен плазмой из одного исходного изотопа, при этом ядра второго изотопа ускоряют до энергий (110÷700) кэВ и вводят плотными пучками, уравновешивающими давление получаемой плазмы со всех сторон.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к конструкции магнитного блока распылительной системы, и может быть использовано в планарных магнетронах для вакуумного ионно-плазменного нанесения тонких пленок металлов и их соединений на поверхность твердых тел.

Изобретение относится к плазменной технике. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов содержит главный кольцевой канал ионизации и ускорения, ограниченный конструкционными элементами из изолирующего материала и открытый на своем выходном конце.

Заявленное изобретение относится к электроду плазменной горелки. Заявленное устройство содержит продолговатый электрододержатель с передней поверхностью на острие электрода и сверлением, выполненным на острие электрода по средней оси через электрододержатель, и эмиссионную вставку, установленную в сверлении таким образом, что излучающая поверхность эмиссионной вставки остается свободной.

Группа изобретений относится к плазменной технике. Охлаждающая труба для плазменно-дуговой горелки включает в себя продолговатое тело с располагаемым в открытом конце электрода концом и проходящим через это тело каналом для охлаждающей среды, при этом на упомянутом конце стенка охлаждающей трубы имеет валикообразное, направленное внутрь и/или наружу утолщение.

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам плазменно-дуговых сталеплавильных печей. Плавильный плазмотрон включает водоохлаждаемый корпус, каналы для подачи плазмообразующего газа, расположенные параллельно оси плазмотрона и соединенные с вертикально расположенным водоохлаждаемым соплом, электрическую изоляцию, электрическую сеть, вольфрамовый электрод-катод, электрододержатель.

Система электростатического ионного ускорителя, содержащая ионизационную камеру (IK), которая имеет на одной стороне в продольном направлении отверстие для выхода струи, электродную систему, содержащую анодную систему (AN) и катодную систему (KA), которая создает в ионизационной камере электростатическое поле, ориентированное в продольном направлении, при этом анодная система расположена противоположно выходному отверстию у основания камеры.

Изобретение относится к области физики плазмы и систем ядерного синтеза, в частности к альтернативным способам удержания горячей плотной плазмы. В заявленном способе формирования компактного плазмоида возбуждение тороидального тока производят индуктивным аккумулятором (основной соленоид с подключенной конденсаторной батареей), затем этот ток прерывают, затем пропускают импульс тока через рабочее вещество в продольном направлении, по крайней мере, через один вспомогательный виток, проходящий в рабочем объеме в продольном направлении.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию электрической энергии в тепловую с помощью плазмотрона, и может быть использовано, в частности, в установках газификации отходов.

Изобретение относится к области плазменной техники. Сопло для плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, содержит сверление сопла для выхода струи плазменного газа на конце сопла, первый участок, внешняя поверхность которого выполнена цилиндрической, и примыкающий к нему, к концу сопла второй участок, внешняя поверхность которого суживается по направлению к концу сопла конически, причем предусмотрена/предусмотрены, по меньшей мере, одна канавка подвода жидкости и/или, по меньшей мере, одна канавка отвода жидкости и продолжаются через второй участок во внешней поверхности сопла (4) по направлению к концу сопла и причем канавка подвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок подвода жидкости и/или канавка отвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок отвода жидкости также продолжается/продолжаются через часть первого участка, а в первом участке находится, по меньшей мере, одна канавка, сообщающаяся с канавкой подвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок подвода жидкости или с канавкой отвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок отвода жидкости. Технический результат - снижение перегрева сопла. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к технологии модифицирования (обработки) поверхности полимерных материалов. Способ управления процессом модифицирования поверхности полимерных материалов в низкотемпературной плазме высокочастотного разряда при пониженных давлениях среды осуществляют путем изменения мощности разряда. В ходе процесса производят непрерывное измерение мощности разряда, текущее значение которой используют для расчета в режиме реального времени температурного поля в зоне разряда, а момент окончания процесса определяют автоматически - по достижении поверхностью полимерного материала заданной температуры (для полиэтилена 70°C). Способ по изобретению обеспечивает воспроизводимость приобретаемых адгезионных свойств поверхности - краевого угла смачивания и работы адгезии, а также обеспечивается устойчивость гидрофилизации поверхности. 1 ил., 3 табл.

Группа изобретений относится к области физической электроники и может использоваться как источник непрерывных или импульсных пучков электронов с энергией до 10-20 кэВ в газах среднего давления (0,1-10 кПа). В первом варианте изобретения катод (1) генератора выполнен в виде неохлаждаемого цилиндра, плотно вставленного в изолятор (2). Изолятор имеет в торцевой части соосное катоду отверстие, а вплотную к торцу изолятора установлен плоский металлический анод (3) с отверстием, соосным отверстию в изоляторе и образующим канал для электронного пучка от торца катода до выхода из генератора. Во втором варианте изобретения генератор электронного пучка содержит разрядную структуру, расположенную непосредственно в рабочем газе и состоящую из катода, изолятора и анода, катод генератора выполнен в виде неохлаждаемого цилиндра, торец изолятора расположен в одной плоскости с торцем катода, вплотную к торцу изолятора соосно с катодом установлена шайба, внутренний диаметр которой больше диаметра катода, а вплотную к шайбе установлен плоский металлический анод с отверстием, соосным шайбе и образующим канал для электронного пучка от торца катода до выхода из генератора. Катод как в первом, так и во втором варианте может быть закреплен в изоляторе клеевым соединением вдали от рабочей поверхности катода. Техническим результатом является обеспечение охлаждения катода и изолятора вблизи вывода пучка и достижение более высоких рабочих параметров - давления газа, напряжения и мощности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области плазменного нанесения покрытий. Установка плазменного нанесения покрытий или обработки поверхности подложки (3) содержит рабочую камеру (2), которая является вакуумируемой и в которой может быть размещена подложка (3) и плазменная горелка (4) для создания плазменной струи (5) нагреванием технологического газа, причем плазменная горелка (4) имеет сопло (41), через которое плазменная струя (5) может выходить из плазменной горелки (4) и простираться вдоль продольной оси (А) в рабочей камере (2). Ниже по течению от сопла (41) в рабочей камере (2) предусмотрено механическое ограничивающее приспособление (12), которое простирается вдоль продольной оси (А) и защищает плазменную струю (5) от бокового нежелательного проникновения частиц. Технический результат - повышение качества покрытия. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии термической обработки твердых диэлектрических тел, включая их разрушение, в частности тел с низким коэффициентом поглощения электромагнитного излучения (горные породы, строительные материалы и пр.), и может быть использовано в горном деле и строительстве. Способ плазменно-электромагнитного воздействия на диэлектрический материал заключается в том, что создают плазму плазмотроном, формируют из нее плазменный поток и направленно воздействуют им на поверхность материала, отличающийся тем, что плазму создают и формируют из нее плазменный поток плазмотроном с регулируемыми параметрами, при этом дополнительно создают управляемый поток электромагнитных волн с частотой 0,5-5 ГГц и направляют его в место контакта плазменного потока с поверхностью материала, при этом регулировкой параметров плазмотрона и/или управлением потоком электромагнитных волн обеспечивают и поддерживают температуру плазмы в ее скин-слое в месте контакта плазмы с поверхностью материала в диапазоне 3000-5000 К. В результате достигается повышение производительности разрушения твердых диэлектрических тел и расширение области применении. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в газоразрядных приборах и плазме. Между электродами при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение, возникающий ток плавит и испаряет тонкую проволочку, которая размещается между электродами. Расстояние от катода до анода выбирается таким, при котором разряд без проволочки самопроизвольно не возникает, а между электродами создаются условия для лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки. При этом один конец проволочки помещается в отверстии внутри катодной поверхности и касается ее, а при подаче напряжения на разрядный промежуток из точки касания проволочки и катодной поверхности на катоде образуется канал, исходящий из точки касания в направлении от места соединения катода с отрицательным полюсом источника напряжения. Технический результат - обеспечивается создание каналов на катоде в несамостоятельном дуговом разряде, что повышает эффективность проведения научных исследований в технологиях микроэлектроники. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области электрического нагрева газов дуговым разрядом, и может быть использовано в плазмотронах при проведении различных технологических процессов, в частности для подогрева расплава металла в промежуточном ковше МНЛЗ в металлургической промышленности, а также научных исследований высокотемпературных процессов. Технический результат - повышение ресурса работы плазмотрона и увеличение силы тока, проходящего через плазмотрон. В электродуговом плазмотроне, содержащем водоохлаждаемые цилиндрические внутренний и соосный ему наружный электроды, а также расположенный в кольцевом канале между ними завихритель, в торце внутреннего электрода расположена вогнутая цилиндрическая камера. Наружный электрод выполнен в виде стакана с расширяющимся выходным каналом на его дне, который соединен с полостью цилиндрической камеры внутреннего электрода через радиальный зазор между торцевыми поверхностями электродов. Диаметр входного сечения расширяющегося выходного канала наружного электрода меньше диаметра цилиндрической камеры внутреннего электрода. 1 ил.

Изобретение относится к области плазменных технологий и может быть использовано при разработке и создании источников высокоинтенсивных потоков частиц для научных и технологических применений. Способ получения высокоэнергетических потоков частиц в газах состоит в ускорении гетерогенного потока в сопле Лаваля. В дозвуковую часть сопла Лаваля вводят поток плазмы, обеспечивают ее ускорение до скорости звука и полную рекомбинацию плазмы до критического сечения сопла, а после критического сечения вводят в поток частицы и ускоряют гетерогенный поток газа в сверхзвуковой части сопла Лаваля. Устройство для получения высокоэнергетических потоков частиц содержит непрерывный источник плазмы, сопло Лаваля и систему ввода частиц. Устройство дополнительно содержит камеру высокого давления, матрицу из N непрерывных микроплазмотронов и систему подачи газа высокого давления. Длина дозвуковой части сопла Лаваля определяется из условия полной рекомбинации плазмы до критического сечения, а система ввода частиц обеспечивает ввод частиц после критического сечения по всему периметру сопла в сечении сопла с заданными параметрами - температурой и скоростью газа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Предложен анодный узел вакуумно-дугового источника катодной плазмы. Изобретение может быть использовано в основном в прямолинейных источниках вакуумно-дуговой катодной плазмы с фильтрацией от макрочастиц в комплекте с различными вакуумно-дуговыми испарителями и с плазмоводами для транспортировки плазмы. Анодный узел содержит охваченный фокусирующей электромагнитной катушкой анод, выполненный в виде отрезка трубы. Внутри анода коаксиально ему размещена в электропроводящем кожухе отклоняющая электромагнитная катушка с направлением магнитного поля навстречу магнитному полю фокусирующей электромагнитной катушки. Внутри отклоняющей катушки, на ее оси вблизи ее торца, обращенного к входному отверстию анода, расположен постоянный отклоняющий магнит, магнитное поле которого сонаправлено магнитному полю отклоняющей электромагнитной катушки. Анодный узел отличается тем, что он включает расположенный внутри отклоняющей электромагнитной катушки, на ее оси вблизи ее торца, обращенного в сторону, противоположную входному отверстию анода, дополнительный постоянный магнит, магнитное поле которого направлено встречно магнитному полю постоянного отклоняющего магнита. При этом положительный полюс источника питания дуги электрически соединен как с анодом через обмотку фокусирующей электромагнитной катушки, так и с кожухом отклоняющей катушки через ее обмотку. Благодаря этому обеспечивается динамическое равновесие плазменных потоков, движущихся в промежутке между внутренней поверхностью анода и наружной поверхностью кожуха отклоняющей электромагнитной катушки, что существенно уменьшает потери плазмы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Ускоритель плазмы предназначен для получения тяги при перемещении космических объектов и в технологии для получения композитных порошков, напыления и обработки материалов. Технический результат - повышение эффективности ускорителя. Секции анода ускорителя выполнены из плоских трубок с отводами для подачи рабочего тела через анод. Трубки расположены шириной в радиальной плоскости с зазором между собой и направлены вдоль оси. Отводы направлены под углом меньше 90° к оси ускорителя. Торцами отводов с отверстиями образована рабочая поверхность анода. Основания трубок герметично соединены с коллектором. Коллектор и подвод рабочего тела установлены на подводе тока. Расстояние от среза катода до отводов больше половины диаметра анода. Снаружи анода установлен нейтральный экран. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх