ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН

Полезная модель относится к области электротермической техники, а именно к устройствам, вырабатывающим плазму в электродуговых камерах сгорания.
Известен электродуговой нагреватель газа постоянного тока, содержащий разрядную камеру, катодный узел и выполненный в виде по меньшей мере двух одинаковых плазмотронов, каждый из которых снабжен торцевым и выходным вспомогательным электродами, катодный узел выполнен в виде по меньшей мере двух одинаковых плазмотронов, каждый из которых снабжен торцевым и выходным вспомогательными электродами заданного диаметра [1].
Недостатком данного устройства является сложность регулирования производительности плазмотрона.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является электродуговой плазмотрон, содержащий анодный и катодный блоки, расположенные соосно вдоль оси плазмотрона, разделенные изолятором, в котором имеется узел подачи рабочего плазмообразующего газа в электрогазоразрядную камеру, при этом в анодном и катодном блоках имеются входное и выходное отверстия и полости для прохождения охлаждающего агента, кроме того в анодном блоке имеется радиальное отверстие для ввода порошкового материала. В анодном и катодном блоках дополнительно имеются отверстия, в которых закреплены штуцеры, при этом дополнительные отверстия расположены с диаметрально противоположной стороны относительно входного анодного и катодного отверстий, при этом дополнительные штуцеры соединены дугообразным электроизоляционным трубопроводом для прохождения охлаждающего агента из анодного в катодный блок, концы которого закреплены на анодном выходном и катодном входном штуцерах [2].
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и сложность регулирования производительности плазмотрона.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции электродугового плазмотрона, расширение диапазона регулирования количества и выходной мощности вырабатываемой плазмы и регулирование уровня отклонения вынесенной дуги от оси расположения электродов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что электродуговой плазмотрон, содержит трубчатый корпус, выполненный из непроводящего ток тугоплавкого материала, внутренняя полость которого образует продольную камеру, анодный и катодный электроды, подключенные к блоку питания с регулируемым по уровню и постоянным по знаку напряжением, блок зажигания дуги, узел подачи рабочего плазмообразующего газа, трубчатый корпус установлен вертикально и герметично закрыт с торцов крышками, перпендикулярно оси камеры выполнены два расположенных друг против друга отверстия, в одном из которых установлен анодный электрод, а в другом установлен катодный электрод, соосно с трубчатым корпусом установлен трубчатый магнитопровод, внутренний диаметр которого больше наружного диаметра трубчатого корпуса, в полости трубчатого магнитопровода между его внутренней поверхностью и внешней поверхностью трубчатого корпуса расположены два полюса с обмотками, подключенными к другому источнику регулируемого напряжения постоянного тока, причем ось полюсов расположена перпендикулярно по отношению к оси положения электродов, в верхней крышке трубчатого корпуса выполнено окно для подачи сжигаемых материалов, а так же отверстие для отвода газообразных продуктов горения, герметично закрытое заглушкой, в нижней крышке трубчатого корпуса выполнено окно для удаления несгоревших отходов, герметично закрытое заглушкой, в трубчатом корпусе выше уровня расположения горящей дуги выполнены отверстия, наклоненные вниз в направлении расположения нижней точки горения дуги, которые соединены с узлом подачи рабочего плазмообразующего газа.
На чертеже устройства, приведенном на фиг.1, показаны виды спереди и сверху, а также продольный и поперечный разрезы плазмотрона.
Устройство содержит трубчатый корпус 1, расположенный вертикально, выполненный из непроводящего электрический ток тугоплавкого материала, имеющего в стенке сквозные расположенные соосно перпендикулярно оси корпуса отверстия, в которых находятся анодный электрод 2 и катодный электрод 3, подключенные к выходам блока питания 4 с регулируемым по уровню и постоянным по знаку напряжением. Оба торцевых концов трубчатого корпуса герметично закрыты крышками верхней 5 и нижней 6 из тугоплавкого материала. Соосно с трубчатым корпусом установлен трубчатый магнитопровод 7, внутренние размеры полости которого больше наружных размеров трубчатого корпуса 1. В полости трубчатого магнитопровода между его внутренней поверхностью и внешней поверхностью корпуса соосно расположены два полюса 8 и 9 с обмотками 10, выводы которых подключены к источнику регулируемого напряжения постоянного тока 11, причем ось полюсов 8 и 9 расположена перпендикулярно по отношению к оси положения электродов 2 и 3. К анодному электроду 2 и катодному электроду 3 также подключены выводы блока зажигания дуги 12. В верхней крышке 5 выполнено герметично зарываемое заглушкой 13 окно для подачи сжигаемого материала, а также отверстие 14 для удаления газов, образующиеся в результате сгорания загруженного материала. В нижней крышке 6 выполнено герметично закрываемое заглушкой 15 окно для удаления отходов горения сжигаемого материала. В трубчатом корпусе 1 выше уровня расположения горящей дуги выполнены, наклоненные вниз в направлении расположения нижней точки горения дуги, отверстия 16 для подачи под давлением плазмообразующего газа от узла подачи 17.
Устройство работает следующим образом.
В полость трубчатого корпуса 1 через канал 13 в верхней крышке подается сжигаемый материал, падающий под действием силы тяжести на дно трубчатого корпуса и заполняющий корпус до уровня горения дуги. К аноду 2 и катоду 3 от блока питания 4 подводится напряжение, инициируется электродуговой разряд и зажигается дуга. Включают источник регулируемого напряжения постоянного тока 11, ток возбуждения протекает по обмотке 10, установленной на полюсах 8 и 9, и создает электромагнитное поле, под действием которого возникает электромагнитная сила, растягивающая дугу вниз к загруженному материалу. Отклонение дуги вниз от оси положения электродов увеличивают путем повышения тока в обмотке 10. Через отверстия 16, наклоненные вниз в направлении нижней точки горения дуги, от узла подачи 17 подается плазмообразующий газ под давлением, который проходит через дугу, и образуется плазма, сжигающая загруженный материал. Давление и объем подаваемого рабочего плазмообразующего газа регулируется узлом подачи 17. Газы, образующиеся в результате сгорания загруженного материала, поднимаются вверх и удаляются через канал 14. Через канал 15 нижней крышки 6 удаляются несгоревшие отходы сжигаемого материала.
При необходимости увеличения мощности, выделяемой в дуге, увеличивают напряжение, подводимое от блока питания 4 к выводам анода 2 и катода 3, при этом возрастает ток, протекающий через дугу, возрастает температура и результирующая мощность выработанной плазмы.
Сжигаемый материал может состоять из твердых частей или быть жидким.
Электродуговой плазматрон характеризуется простотой конструкции, обеспечивает регулирование температуры, расхода плазмы и производительности при сжигании материала за счет возможности регулирования мощности и отклонения дуги.
Источники информации
1. A.c. СССР №599732. Электродуговой нагреватель газа постоянного тока / Жуков М.Ф., Лыткин А.Я., Худяков Г.Н., Аньшаков А.С. Опубл. 07.09.1982. Бюл. №33.
2. Патент RU №2465748. Электродуговой плазмотрон / Мчедалов С.Г. Опубл 27.10.2012. Бюл. №30.