UA68275A - Plasma cathode - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до галузі електротехніки, тобто до електродугових генераторів низькотемпературної 2 плазми (плазмотронів) та може бути використаний в металургії, плазмохімії та аеродинамічних дослідженнях.

Найбільш близьким за технічною суттю є плазмовий катод, який містить послідовно встановлені додатковий анод та порожнистий циліндричний катод |див. Дандарон Г.-Н.Б. Тимошевский А.Н. Проблемь! создания сильноточньїх катодов для злектроплазменньїх устройств // Генерация потоков злектродуговой плазмь!. -

Новосибирск: Ин-т теплофизики. -1987. -С.2511 - прототип.

Недоліками відомого плазмового катода є застосування захисного газу (аргону) з масовою витратою до 1,5010Зкг/с для захисту катоду, виготовленого з вольфраму, від окислювального впливу основного плазмоутворюючого газу (повітря), невисока стабільність горіння допоміжної дуги, дороговізна та складність виготовлення. 75 В основу винаходу поставлено задачу удосконалення плазмового катода шляхом того, що додатковий анод виготовлений порожнистим циліндричним та відокремлений від порожнистого циліндричного катода, виготовленого з міді, міжелектродною вставкою, завдяки чому збільшується стійкість опорної катодної дуги та з'являється можливість заміни аргону повітрям.

Поставлена задача досягається тим, що в плазмовому катоді, який містить послідовно встановлені 2 додатковий анод та порожнистий циліндричний катод, згідно з винаходом, додатковий анод виконано порожнистим циліндричним та відокремлено від порожнистого циліндричного катоду, виготовленого з міді, електронейтральною міжелектродною вставкою, причому відношення діаметрів розрядних каналів циліндричного катода та міжелектродної вставки дорівнює 12 т 15, 25 й , , , , й , « відношення діаметрів розрядних каналів додаткового анода та міжелектродної вставки дорівнює

Яда 22,

В а відношення довжини міжелектродної вставки до довжини циліндричного катода знаходиться в межах ІС) зх їз, їч- де: с а,- діаметр розрядного каналу циліндричного катода; со а, - діаметр розрядного каналу міжелектродної вставки; с а да діаметр розрядного каналу додаткового аноду;

Іє- довжина розрядного каналу міжелектродної вставки;

Ікс" довжина розрядного каналу циліндричного катода. «

Застосування міжелектродної вставки, що розташована між додатковим анодом та порожнистим ші с циліндричним катодом, дозволяє збільшити стійкість горіння опорної катодної дуги. Виконання порожнистого "з циліндричного катоду з міді дозволяє виключити застосування аргону та замінити його повітрям. Особливістю " запропонованого плазмового катода є те, що він може працювати з плазмотроном осьової схеми будь-якої потужності, при цьому діаметр 4 розрядного каналу циліндричного катоду визначається з урахуванням 45. нище б» діаметра а. розрядного каналу основного анода та масовою витратою робочого газу С таким співвідношенням: -іде со Ок соо й т де - дБ кол

Зазначені межи відношення геометричних розмірів розрядних каналів циліндричного катода, міжелектродної і вставки та додаткового анода обрані на підставі експериментальних даних. При відношенні діаметрів розрядних с каналів катода та міжелектродної вставки й, 2 спостерігається зрив опорної катодної дуги, а при д, 515 пл І

Ве д спостерігається зниження ефективності стабілізації опорної катодної дуги внаслідок її радіальних коливань. 22 При відношенні діаметрів розрядних каналів додаткового анода та міжелектродної вставки дя «1 велика

Р в, ймовірність прив'язки опорної катодної дуги до бокової поверхні додаткового анода, тобто не в порожнині, а при

Од я «2 є ймовірною прив'язка дуги до бокової поверхні першої секції міжелектродної вставки, що не бажано. бо З

При відношенні довжини розрядного каналу міжелектродної вставки до довжини розрядного каналу циліндричного катоду І, г горіння опорної катодної дуги є нестабільним та спостерігається Її зрив, а при І, ще

Їк Їх зростають теплові витрати, що призводить до зниження теплового ККД плазмового катода, й збільшується бо напруга на опорній катодній дузі, що ускладнює її збудження.

Сутність винаходу пояснюється кресленням, де зображена схема плазмового катода. Плазмовий катод містить послідовно встановлені водоохолоджувальні мідний додатковий анод 1, з порожниною діаметром Удя міжелектродну вставку 2, виконану у вигляді електронейтральних мідних секцій, та порожнистого циліндричного катода 3, виконаного також з міді. Електронейтральність секцій 2 забезпечується встановленням ізоляторів з камерами катодної подачі газу (на кресленні не зображені) між секціями, а також між додатковим анодом 1 та першою секцією та між останньою секцією та циліндричним катодом 3. Порожнистий циліндричним катод З відокремлений від основного аноду 4 плазмотрона камерою подачі основного плазмоутворюючого газу, виготовленою із ізоляційного матеріалу (на кресленні не зображена).

Плазмовий катод працює таким чином.

Після стикування плазмового катода з основним анодом 4 плазмотрона, подачі охолоджувальної води, газу з масовою витратою 1-(6-8).10 Укг/с через камери катодної подачі (на кресленні не зображені) основного плазмоутворюючого газу, подачі відповідних електричних потенціалів на додатковий анод 1 та циліндричний катод З одним з відомих способів між додатковим анодом 1 та циліндричним катодом З запалюють опорну 72 катодну слабкострумову електричну дугу. Завдяки встановленню міжелектродної вставки 2 збільшується стійкість горінні опорної катодної дуги. Потім подають відповідний електричний потенціал до основного анода 4 та запалюють основну сильнострумову електричну дугу. Наявність опорної катодної дуги в розрядному каналі плазмового катода сприяє створенню дифузного плазмового шару в області катодної прив'язки, за рахунок чого знижуються питомі теплові та струмові навантаження на поверхню розрядного каналу циліндричного катода З і збільшується його ресурс роботи.

З метою збільшення теплового ККД плазмового катода міжелектродну вставку можно виготовляти з пористих матеріалів, пінокераміки (2ХМ9О02А1205305510» та інш.), композиційних матеріалів на основі вуглецю.

Технічний результат від використання винаходу полягає в підвищенні стійкості опорної катодної дуги, заміні захисного газу (аргону) повітрям та збільшенні ресурсу роботи плазмового катода.

Claims (1)

1. Формула винаходу

   Плазмовий катод, який містить послідовно встановлені додатковий анод та порожнистий циліндричний катод, М

   30 який відрізняється тим, що додатковий анод виконано порожнистим циліндричним та відокремлено від їч- порожнистого циліндричного катода, виготовленого з міді, електронейтральною міжелектродною вставкою, причому відношення діаметрів розрядних каналів циліндричного катода та міжелектродної вставки дорівнює: с да со се 515 в (Се)

   відношення діаметрів розрядних каналів додаткового анода та міжелектродної вставки дорівнює: 15 з ко

   В «

   а відношення довжини міжелектродної вставки до довжини циліндричного катода знаходиться в межах: -

   , с їх 53 "» Їк " де 4 - діаметр розрядного каналу циліндричного катода; ає- діаметр розрядного каналу міжелектродної вставки; (22) Удя " діаметр розрядного каналу додаткового анода; (ее) Ік- довжина розрядного каналу міжелектродної вставки; ко |Ік" довжина розрядного каналу циліндричного катода.

   -і сл

   60 б5