RU2578197C9 - Электродуговой трехфазный плазмотрон - Google Patents
Электродуговой трехфазный плазмотрон Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578197C9 RU2578197C9 RU2014148032/07A RU2014148032A RU2578197C9 RU 2578197 C9 RU2578197 C9 RU 2578197C9 RU 2014148032/07 A RU2014148032/07 A RU 2014148032/07A RU 2014148032 A RU2014148032 A RU 2014148032A RU 2578197 C9 RU2578197 C9 RU 2578197C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- partition
- working gas
- plasma torch
- gas supply
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электрофизики, а именно к электродуговым устройствам для получения низкотемпературной плазмы (плазмотронам). Электродуговой трехфазный плазмотрон содержит три осесимметричные дуговые камеры, объединенные общей смесительной камерой, снабженной соплом, и коллектор подачи рабочего газа. Каждая дуговая камера содержит цилиндрический электрод, крышку, конфузор, электромагнитную катушку, основной и дополнительный завихрители для тангенциальной подачи рабочего газа. Плазмотрон содержит распределительное устройство, соединенное посредством трубопроводов одной стороной с коллектором подачи рабочего газа, другой стороной с дополнительными завихрителями дуговых камер. Причем распределительное устройство выполнено с возможностью плавного изменения расхода газа, подаваемого в дополнительные завихрители дуговых камер. Технический результат - снижение эрозии электрода и, следовательно, увеличение его ресурса. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электрофизики, а именно к электродуговым устройствам для получения низкотемпературной плазмы (плазмотронам).
Плазменные технологии, основанные на использовании трехфазных электродуговых плазмотронов в качестве источников низкотемпературной плазмы, являются весьма перспективными для многих отраслей промышленности, так как они позволяют увеличить рабочую температуру технологического процесса по сравнению с традиционными источниками тепла (топливные горелки) и тем самым повысить его эффективность.
Однако обязательным условием успешного внедрения плазменных технологий является обеспечение непрерывной работы плазмотрона (т.е. ресурса) в течение сотен, а иногда и тысяч часов. Это является весьма трудной задачей, так как электроды подвержены эрозии под действием опорных пятен дуги.
Прототипом предлагаемого изобретения является известный трехфазный плазмотрон типа «Звезда» (Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет / А.С. Коротеев, М.В. Миронов, Ю.С. Свирчук. - М.: Машиностроение, 1993). Этот плазмотрон содержит три дуговые камеры, каждая из которых содержит цилиндрический электрод, крышку, конфузор, электромагнитную катушку, основной завихритель рабочего газа, обеспечивающий положение дуги на оси плазмотрона, и дополнительный завихритель, расположенный вблизи торца электрода. Дуговые камеры через конфузоры (конические каналы) объединены смесительной камерой с выходным соплом. К дуговым камерам подводятся три фазы питающей электрической сети. В этом плазмотроне каждая дуга одним концом (ножкой) привязана к своему электроду, а другие концы дуг замыкаются между собой в нулевой точке в плазме, расположенной в центре смесительной камеры.
В плазмотронах этого типа ножка дуги вращается внутри электрода под действием газового вихря, образующегося внутри электрода при тангенциальной подаче рабочего газа через завихрители. Это приводит к уменьшению эрозии электрода и увеличению его ресурса. Однако, как показала практика эксплуатации таких «вихревых» плазмотронов, вращение ножки дуги газовым вихрем не может обеспечить приемлемый ресурс для плазмотронов большой мощности, например, 100 кВт и более из-за низкой скорости вращения ножки дуги.
Увеличение скорости вращения ножки дуги достигается за счет наложения осевого магнитного поля с помощью расположенной на электроде магнитной катушки и электромагнитного взаимодействия ножки дуги с магнитным полем. Однако при этом ножка дуги непрерывно бегает по узкому кольцу на электроде, что приводит к образованию канавки и отрицательно влияет на ресурс электрода.
Целью предлагаемого изобретения является увеличение ресурса электродов в электродуговом трехфазном плазмотроне.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении равномерного возвратно-поступательного движения вдоль оси электрода ножки дуги с одновременным ее вращением.
Для достижения поставленной цели и обеспечения технического результата предлагается электродуговой трехфазный плазмотрон, содержащий три осесимметричные дуговые камеры, объединенные общей смесительной камерой, снабженной соплом, и коллектор подачи рабочего газа. Каждая дуговая камера содержит цилиндрический электрод, крышку, конфузор, электромагнитную катушку, основной и дополнительный завихрители для тангенциальной подачи рабочего газа. Плазмотрон содержит распределительное устройство, соединенное посредством трубопроводов одной стороной с коллектором подачи рабочего газа, другой стороной с дополнительными завихрителями дуговых камер. Причем распределительное устройство выполнено с возможностью плавного изменения расхода газа, подаваемого в дополнительные завихрители дуговых камер.
Распределительное устройство может быть выполнено в виде герметичного цилиндрического корпуса, внутри которого перпендикулярно его оси и соосно друг другу установлены перегородка в виде диска с двумя расположенными напротив друг друга дугообразными щелями и прижатый к перегородке обтюратор. Обтюратор содержит две симметрично расположенные лопасти в виде секторов с углом раскрытия 90° и выполнен с возможностью вращения. При этом длина каждой щели не превышает ¼ длины окружности перегородки.
Распределительное устройство может быть выполнено в виде герметичного цилиндрического корпуса, внутри которого перпендикулярно его оси и соосно друг другу установлены перегородка в виде диска с отверстиями, расположенными на одной окружности двумя противолежащими группами, и прижатый к перегородке обтюратор. Обтюратор содержит две симметрично расположенные лопасти в виде секторов с углом раскрытия 90° и выполнен с возможностью вращения, при этом каждая группа отверстий занимает не более ¼ длины окружности перегородки.
Перегородка и обтюратор могут быть выполнены из антифрикционного материала.
Обтюратор может быть соединен с электродвигателем.
На Фиг. 1 показана схема предлагаемого плазмотрона.
На Фиг. 2 показано принципиальное исполнение распределительного устройства.
На Фиг. 3 представлена перегородка распределительного устройства.
На Фиг. 4 показан обтюратор распределительного устройства.
Электродуговой трехфазный плазмотрон содержит три осесимметричные дуговые камеры, объединенные общей смесительной камерой 1, снабженной соплом (не показано), и коллектор 2 подачи рабочего газа. К дуговым камерам подводятся три фазы питающей электрической сети А, В, С. Каждая дуговая камера содержит цилиндрический электрод 3, крышку 4, конфузор 5, электромагнитную катушку 6, основной 7 и дополнительный 8 завихрители для тангенциальной подачи рабочего газа. Плазмотрон содержит распределительное устройство 9, соединенное посредством трубопроводов одной стороной с коллектором 2 подачи рабочего газа, другой стороной с дополнительными завихрителями 8 трех дуговых камер (см. Фиг. 1). Причем распределительное устройство 9 выполнено с возможностью плавного изменения расхода газа, подаваемого в дополнительные завихрители дуговых камер.
Распределительное устройство 9 представляет собой цилиндрический корпус 10, закрытый с торцов фланцами 11 со штуцером 12 для ввода и штуцерами 13 для вывода газа. Корпус 10 разделен на две полости неподвижной перегородкой 14 в виде диска. В первом варианте исполнения распределительного устройства в диске выполнены две расположенные напротив друг друга дугообразные щели 15, расположенные, например, на одной окружности и занимающие не более ¼ длины окружности перегородки 14 каждая. Во втором варианте исполнения распределительного устройства в диске выполнены две противолежащие группы отверстий 16, расположенные на одной окружности, причем каждая группа отверстий занимает не более ¼ длины окружности перегородки 14. Геометрические параметры каждой щели 15 или отверстия 16 выбираются из условия, чтобы изменение расхода газа, подаваемого в дополнительный завихритель 8 в течение цикла, не превышало 20%.
К неподвижной перегородке 14 прижат, например, пружиной 17 обтюратор 18 с двумя симметрично расположенными лопастями 19 в виде секторов с углом раскрытия 90°. Обтюратор 18 выполнен с возможностью вращения относительно перегородки 14, например, с помощью электродвигателя 20. Полость корпуса с обтюратором 18, соединена через штуцер 12 и трубопровод с коллектором 2 подачи рабочего газа, причем давление в коллекторе 2 поддерживается постоянным. Другая полость корпуса через штуцеры 13 и трубопроводы соединена с дополнительными завихрителями дуговых камер.
Устройство работает следующим образом.
Сначала включается водяное охлаждение всех теплонапряженных узлов. Затем рабочий газ из коллектора подается через основные завихрители, а также последовательно через распределительное устройство и дополнительные завихрители.
Попадая в распределительное устройство, рабочий газ заполняет полость корпуса распределительного устройства с обтюратором. Обтюратор распределительного устройства вращается и в течение каждого полуоборота плавно открывает щели или отверстия в перегородке, при этом расход газа через дополнительный завихритель каждой дуговой камеры увеличивается. Затем обтюратор плавно закрывает щели или отверстия, и расход газа уменьшается. Далее процесс повторяется.
Таким образом, распределительное устройство периодически плавно изменяет расход газа, подаваемый в дополнительный завихритель каждой дуговой камеры. При этом в каждый данный момент времени ножка дуги в каждой дуговой камере располагается в зоне встречи потоков газа от двух завихрителей, где осевая скорость газа близка к нулю. Периодическое плавное изменение расходов газа через завихрители приводит к равномерному возвратно-поступательному движению ножки дуги вдоль оси электрода в сочетании с ее непрерывным вращением, при этом существенно уменьшается эрозия электрода и, следовательно, увеличивается его ресурс.
Далее на электроды подается трехфазное рабочее напряжение, и с помощью системы поджига одновременно включаются дуги (дуговые разряды) во всех трех электродах. Процесс установления стационарного режима работы продолжается не более 1-2 с.
Образовавшиеся после поджига дуговые разряды движутся под действием потока газа и выдуваются в смесительную камеру, где замыкаются между собой, образуя нулевую точку в плазме. Затем через сопло смесительной камеры поток плазмы направляется потребителю.
Для уменьшения нагрева обтюратора и перегородки за счет трения при вращении обтюратора оба этих элемента выполняются из материала с низким коэффициентом трения - антифрикционного материала, например фторопласта. Кроме того, повышение температуры нагрева регулируется силой прижатия обтюратора к перегородке, создаваемой пружиной.
Конструкция предлагаемого изобретения помимо вращения ножки дуги обеспечивает ее возвратно-поступательное движение вдоль оси электрода, при этом существенно уменьшается эрозия электрода, а следовательно, увеличивается его ресурс.
Claims (5)
1. Электродуговой трехфазный плазмотрон, содержащий три осесимметричные дуговые камеры, объединенные общей смесительной камерой, снабженной соплом, и коллектор подачи рабочего газа, каждая дуговая камера содержит цилиндрический электрод, крышку, конфузор, электромагнитную катушку, основной и дополнительный завихрители для тангенциальной подачи рабочего газа, отличающийся тем, что содержит распределительное устройство, соединенное посредством трубопроводов одной стороной с коллектором подачи рабочего газа, другой стороной с дополнительными завихрителями дуговых камер, причем распределительное устройство выполнено с возможностью плавного изменения расхода газа, подаваемого в дополнительные завихрители дуговых камер.
2. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде герметичного цилиндрического корпуса, внутри которого перпендикулярно его оси и соосно друг другу установлены перегородка в виде диска с двумя расположенными напротив друг друга дугообразными щелями и прижатый к перегородке обтюратор, содержащий две симметрично расположенные лопасти в виде секторов с углом раскрытия 90° и выполненный с возможностью вращения, при этом длина каждой щели не превышает ¼ длины окружности перегородки.
3. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде герметичного цилиндрического корпуса, внутри которого перпендикулярно его оси и соосно друг другу установлены перегородка в виде диска с отверстиями, расположенными на одной окружности двумя противолежащими группами, и прижатый к перегородке обтюратор, содержащий две симметрично расположенные лопасти в виде секторов с углом раскрытия 90° и выполненный с возможностью вращения, при этом каждая группа отверстий занимает не более ¼ длины окружности перегородки.
4. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что перегородка и обтюратор выполнены из антифрикционного материала.
5. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что обтюратор соединен с электродвигателем.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148032/07A RU2578197C9 (ru) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Электродуговой трехфазный плазмотрон |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148032/07A RU2578197C9 (ru) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Электродуговой трехфазный плазмотрон |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2578197C1 RU2578197C1 (ru) | 2016-03-27 |
RU2578197C9 true RU2578197C9 (ru) | 2016-05-27 |
Family
ID=55656530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014148032/07A RU2578197C9 (ru) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | Электродуговой трехфазный плазмотрон |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578197C9 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2699124C1 (ru) * | 2019-01-30 | 2019-09-03 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Плазмохимический способ получения синтез-газа и установка для его осуществления |
RU202987U1 (ru) * | 2020-11-06 | 2021-03-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Трехфазный плазмотрон переменного тока |
RU2757377C1 (ru) * | 2020-10-01 | 2021-10-14 | Квантум Индастрис ЛЛС | Способ получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества и установка для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества (варианты) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU68944U1 (ru) * | 2007-08-23 | 2007-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологический центр "ТЕНА" | Плазмотрон |
RU2340125C2 (ru) * | 2006-07-10 | 2008-11-27 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Электродуговой плазмотрон |
US7671297B2 (en) * | 2003-11-20 | 2010-03-02 | Ethicon, Inc. | Method and apparatus for laser drilling workpieces |
-
2014
- 2014-11-28 RU RU2014148032/07A patent/RU2578197C9/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7671297B2 (en) * | 2003-11-20 | 2010-03-02 | Ethicon, Inc. | Method and apparatus for laser drilling workpieces |
RU2340125C2 (ru) * | 2006-07-10 | 2008-11-27 | Анатолий Тимофеевич Неклеса | Электродуговой плазмотрон |
RU68944U1 (ru) * | 2007-08-23 | 2007-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологический центр "ТЕНА" | Плазмотрон |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
А.С. Коротеев, Плазмотроны: конструкции, характеристики, расчет, Москва, Машиностроение, 1993, c.20-23. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2699124C1 (ru) * | 2019-01-30 | 2019-09-03 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Плазмохимический способ получения синтез-газа и установка для его осуществления |
RU2757377C1 (ru) * | 2020-10-01 | 2021-10-14 | Квантум Индастрис ЛЛС | Способ получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества и установка для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества (варианты) |
RU202987U1 (ru) * | 2020-11-06 | 2021-03-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | Трехфазный плазмотрон переменного тока |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2578197C1 (ru) | 2016-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107001033B (zh) | 一种精炼合成气的非平衡等离子体系统和方法 | |
RU2578197C9 (ru) | Электродуговой трехфазный плазмотрон | |
RU2649314C1 (ru) | Плазменный генератор | |
KR102024503B1 (ko) | 플라즈마 소스 디바이스 및 방법들 | |
Kalra et al. | Gliding arc in tornado using a reverse vortex flow | |
CA1271229A (en) | Plasma flame spray gun method and apparatus with adjustable ratio of radial and tangential plasma gas flow | |
CN103925116B (zh) | 滑动弧点火装置 | |
CN104879780A (zh) | 一种多通道等离子体区域点火燃烧装置 | |
RU2340125C2 (ru) | Электродуговой плазмотрон | |
JP4664679B2 (ja) | プラズマ溶射装置 | |
RU2012113127A (ru) | Плазменный реактивный двигатель на основе эффекта холла | |
KR101922933B1 (ko) | 플라즈마 미분탄 점화용 버너 및 이를 포함하는 석탄화력발전 기동용 플라즈마 미분탄 버너 | |
GB2550176A (en) | Plasma generation | |
CN103206724A (zh) | 用于向燃烧器供应工作流体的系统和方法 | |
US4691130A (en) | Process for the generation plasma and an MHD generator | |
US3395967A (en) | Method and devices for supplying a magnetohydrodynamic generator | |
RU2577332C1 (ru) | Трехфазный электродуговой плазмотрон и способ его запуска | |
Kalra et al. | Electrical discharges in the reverse vortex flow–tornado discharges | |
Surov et al. | The investigation of movement dynamics of an AC electric arc attachment along the working surface of a hollow cylindrical electrode under the action of gas-dynamic and electromagnetic forces | |
RU2757377C1 (ru) | Способ получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества и установка для получения низкотемпературной плазмы и горячего газа для физико-химического воздействия на вещества (варианты) | |
KR102236206B1 (ko) | 저온 플라즈마 장치 | |
RU187848U1 (ru) | Трехфазный генератор плазмы переменного тока | |
JP2011231928A (ja) | ディフューザ | |
RU2118757C1 (ru) | Вихревое запально-горелочное устройство с поверхностным трубчатым горением горючего газа внутри него | |
RU202987U1 (ru) | Трехфазный плазмотрон переменного тока |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Reissue of patent specification |