Электродуговой плазмотрон косвенного действия с двухсторонним истечением. Расчет схемы плазмотрона, рабочих параметров и геометрических размеров разрядного канала, системы охлаждения. Определение характеристик плазмотрона. Выбор источника питания.
Выбор источника питания плазмотронаПеречень ссылокСначала плазма интересовала ученых как своеобразный проводник электрического тока и как источник света. Наиболее перспективными из них являются электродуговые нагреватели газа (плазмотроны), которые в последнее время находят широкое применение в различных технологических процессах. Достоинства использования электродуговых плазмотронов в промышленности следующие: большой ресурс работы электродов, надежность и устойчивость электродуговой установки, большой диапазон используемых мощностей, возможность нагрева любых технологически необходимых газов. Принцип действия плазмотрона основан на преобразовании энергии электромагнитного поля в другие формы энергии в электрических разрядах.В данной работе предполагается рассчитать плазмотрон с двухсторонним истечением. Исходные данные к работе: - рабочий газ - воздух; Схема рассчитываемого плазмотрона представлена на рисунке 1.1 Основными узлами рассматриваемого плазмотрона являются катодный и анодный узел, узел подачи рабочего газа. Определению подлежат следующие параметры: рабочие значения тока и напряжение дуги , тепловой коэффициент полезного действия , диаметр отверстий для подачи рабочего газа, геометрические размеры разрядного канала, анода и катода, обеспечивающие необходимый ресурс работы, расход воды на охлаждение узлов плазмотрона.Для расчета размеров плазмотрона зададимся следующими параметрами [1]: - критическая скорость звука при 5000 К ; Для расчета электрических и тепловых характеристик плазмотрона воспользуемся следующей системой уравнений [2]: - вольт-амперной характеристики плазмотрона: (2.1) Представленная система уравнений не замкнута, поэтому необходимо ввести еще два условия, устанавливающие взаимосвязь между искомыми параметрами. Одно из них, вытекающее из опыта работы с электродуговыми нагревателями воздуха, определяет, что при температуре истекающей струи и давлении , относительная длина выходного электрода принимается равной . Тогда, диаметр разрядного канала плазмотрона можно рассчитать по следующей формуле: , (2.5) подставив исходные значения, получим: (м).Удельную плотность теплового потока в стенку катода рассчитаем по формуле: (2.11) Для дальнейшего расчета нам необходимо принять температуру охлаждаемой стенки электрода равной температуре кипения воды при давлении , . Определим максимально допустимый перепад температуры на стенке медного катода по формуле: (2.13) где - температура плавления меди. Приняв начальную температуру охлаждающей воды , перепад температур в рубашке охлаждения катода , определим секундный расход воды, необходимый для охлаждения катода: (2.16) где Для уточнения величины температуры охлаждаемой поверхности стенки и проверки режима ее охлаждения найдем значения определяющих критериевПолный тепловой поток в анод определяется по формуле [2]: (2.34) где - мощность плазмотрона. Задавшись начальнуой температурой охлаждающей воды , перепадом температур в рубашке охлаждения выходного электрода , определим секундный расход воды, необходимый для охлаждения анода: (2.36) где - удельная теплоемкость воды. Найдем величину действительной плотности теплового потока на охлаждаемой стенке анода: (2.39) где - внешний диаметр анода, равный внешнему диаметру катода . Определим критическую плотность теплового потока, на которую должно быть рассчитано охлаждение выходного электрода: (2.40) Для сохранения скорости потока , увеличиваем расход воды до значения , при этом температурный перепад охлаждающей воды уменьшится до , а средняя температура охлаждающей воды станет равной .Оба электрода имеют одинаковую полую цилиндрическую форму и сделаны из одного и того же материала (меди), поэтому их ресурс работы будет одинаков. Длина эрозированной зоны в гладком цилиндрическом канале определяется крупномасштабным шунтированием. Форму эрозионной поверхности электродов для простоты расчета представим в виде разностороннего треугольника, основание которого равно размаху крупномасштабного шунтирования, а высота - допустимой (из прочностных соображений) выработке толщины стенки электрода.Вольт-амперная характеристика (ВАХ) дуги отражает зависимость напряжения от силы тока при постоянстве геометрических размеров электродуговой камеры, расхода газа, его давлении в характерном сечении и других определяющих параметров (рисунок 3.1). Кривая, описывающая зависимость КПД от силы тока дуги имеет падающий характер (рисунок 3.2). Графики зависимости теплового потока в катод и анод от силы тока изображены соответственно на рисунках 3.3 и 3.4 Исследования показали, что потери тепла в стенку канала плазмотрона на его начальном участке обусловлены, в основном, излучением столба дуги, тогда как на переходном и особенно на турбулентном участках потери тепла в стенку определяются главным образом конвективной теплопередачей. Зависимость теплового потока в катод от силы тока определяется следующим выражением [3]: (3.3) где - катодное падение потенциала дуги; Качество генерации электрической дуги плазмотронами во многом опр
План
Содержание
Введение
1. Расчетная схема плазмотрона
2. Расчет плазмотрона
2.1 Расчет рабочих параметров и геометрических размеров разрядного канала
2.2 Расчет системы охлаждения
2.2.1 Расчет охлаждения катода
2.2.2 Расчет охлаждения анода
2.3 Расчет ресурса работы электродов
3. Определение характеристик плазмотрона
Введение
В развитии исследований по физике плазмы важными стимулами всегда были перспективы ее практического применения. Сначала плазма интересовала ученых как своеобразный проводник электрического тока и как источник света. В настоящее время надо рассматривать физические свойства плазмы под другими углами зрения. Во-первых, плазма ? это естественное состояние вещества, нагретого до очень высокой температуры, во-вторых, это динамическая сила ? объект приложения электромагнитных сил.
Для успешного решения многих проблем современной науки, техники и производства требуются высокотемпературные источники энергии. Наиболее перспективными из них являются электродуговые нагреватели газа (плазмотроны), которые в последнее время находят широкое применение в различных технологических процессах. Достоинства использования электродуговых плазмотронов в промышленности следующие: большой ресурс работы электродов, надежность и устойчивость электродуговой установки, большой диапазон используемых мощностей, возможность нагрева любых технологически необходимых газов. Принцип действия плазмотрона основан на преобразовании энергии электромагнитного поля в другие формы энергии в электрических разрядах. В зависимости от назначения плазмотрона для генерации плазмы могут быть использованы электрическая дуга, высокочастотный, сверхвысокочастотный и тлеющий разряд. В данной работе рассматривается электродуговой плазмотрон.
Цель данной работы ? расчет основных геометрических, электрических и тепловых показателей плазмотрона. Исследование вольт-амперных и тепловых характеристик позволит прогнозировать применимость плазмотрона для его надежного функционирования в других рабочих режимах. В научно-исследовательской работе студента (НИРС) необходимо исследовать зависимость температуры плазменной струи на выходе из плазмотрона от расхода рабочего газа.
Плазмотрон косвенного действия на постоянном токе широко применяется в химической промышленности для получения различных соединений, в металлургической промышленности для высокотемпературной обработки металла, для обработки поверхности строительных материалов путем оплавления и напыления. плазмотрон источник питание параметр
Вывод
Перечень ссылок
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
