ПЛАЗМОТРОН

Полезная модель относится к генераторам низкотемпературной плазмы и может быть использована в области теплотехники в качестве источника тепловой энергии, в экологии для нейтрализации отходов производства, в машиностроении, электротехнической отрасли и других отраслях промышленности.
Известна плазменная горелка содержащая корпус с размещенными в нем соосно соплом-анодом, и стержневым катодом установленным с возможностью осевого перемещения, с образованием между ними газоразрядной камеры на конце, при этом в сопло-аноде выполнена термозащитная кольцевая полость, заполненная водой и соединенная с газоразрядной камерой. Кроме того, стержневой катод размещен в изоляционной втулке и подпружинен, а кольцевая полость сопла-анода заполена пористым материалом и снабжена металлической сеткой (см. описание изобретения к патенту РФ №2283737, заявл. 17.03.2005, опубл. 20.09.2006., по кл. В23К 10/00; Н05Н 1/26).
Недостатком известной плазменной горелки является сложность конструкции и ограниченная область применения. Использование известной плазменной горелки в теплотехнике в качестве источника тепловой энергии и экологии для нейтрализации отходов производства неэффективно из-за значительных энергозатрат.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому (прототипом) является плазмотрон, содержащий корпус с размещенными в нем соосно цилиндрическим анодом и стержневым катодом, установленным с возможностью осевого перемещения, с образованием между ними газоразрядной камеры и термозащитную кольцевую полость, заполненную водой и гидравлически соединенную с газоразрядной камерой. Кроме того, стержневой катод размещен в
изоляционной втулке и подпружинен, а в термозащитной кольцевой полости размещен пористый материал, (см. описание изобретения к патенту РФ №2071190, заявл. 17.12.1993, опубл. 27.12.1996., по кл. Н05Н 1/26; Н05Н 1/28).
Недостатком известного плазмотрона также является сложность конструкции и ограниченная область применения. Его применение в области теплотехники в качестве источника тепловой энергии и экологии для нейтрализации отходов производства нецелесообразно, так как потребляет значительное количество энергии и имеет при этом небольшую производительность.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, состоит в том, чтобы создать такой плазмотрон, который бы имел простую конструкцию, значительную мощность и эксплуатационную надежность и мог бы использоваться в качестве источника тепловой энергии, например в котельных установках для нагрева больших объемов воды.
Поставленная задача решается тем, что в плазмотроне, содержащем корпус с размещенными в нем соосно цилиндрическим анодом и стержневым катодом, установленным с возможностью осевого перемещения, с образованием между ними газоразрядной камеры и термозащитную кольцевую полость, заполненную водой и гидравлически соединенную с газоразрядной камерой, согласно полезной модели, термозащитная кольцевая полость образована в цилиндрическом аноде, а выполненное в нем выпускное отверстие газоразрядной камеры имеет форму сопла Лаваля, стержневой катод соединен с генератором модулированного крученого электромагнитного поля, причем цилиндрический анод в корпусе установлен с возможностью вращения относительно продольной оси и связан с приводом.
Цилиндрический анод со стороны выпускного отверстия газоразрядной камеры имеет концентраторы напряжения.
Образование термозащитной кольцевой полости в цилиндрическом аноде позволяет значительно упростить систему охлаждения плазмотрона и его конструкцию в целом. Выполнение выпускного отверстия газоразрядной камеры в форме сопла Лаваля, позволяет получить сверхзвуковую скорость истечения плазмы и увеличить его мощность. Наличие связи стержневого катода с генератором модулированного кручено электромагнитного поля и установка цилиндрического анода в корпусе с возможностью вращения относительно продольной оси, а также подключение его к приводу значительно усиливают ионизацию водовоздушной смеси в газоразрядной камере, что позволяет увеличить мощность и эксплуатационную надежность плазмотрона, при значительном снижении энергозатрат, и упростить его конструкцию.
Эти существенные отличительные признаки в совокупности с известными позволяют сделать вывод о том, что заявляемая полезная модель является новой, и промышленно применимой, что отвечает всем критериям полезной модели.
Сущность полезной модели поясняется описанием его конструкции и чертежом, где схематично представлен поперечный разрез плазмотрона.
Плазмотрон содержит корпус 1 с размещенными в нем соосно цилиндрическим анодом 2 и стержневым катодом 3, с образованием между ними газоразрядной камеры 4. Стержневой катод 3 установлен в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и соединен с генератором 5 модулированного крученого электромагнитного поля. Выпускное отверстие 6 газоразрядной камеры 4, расположенное со стороны открытого основания цилиндрического анода 2, имеет форму сопла Лаваля. В цилиндрическом аноде 2 образована термозащитная кольцевая полость 7, гидравлически соединенная с газоразрядной камерой, например посредством форсунок 8. Цилиндрический анод 2 установлен в корпусе с возможностью вращения относительно продольной оси 9 и связан с приводом 10, кроме того, он имеет концентраторы напряжения 11, расположенные со стороны выпускного
отверстия 6 газоразрядной камеры 4 и имеющие, например, конусообразную форму.
Плазмотрон работает следующим образом.
Термозащитную кольцевую полость 7 подключают к трубопроводу и заполняют водой. Включают источник питания (на чертеже не показан) и возбуждают дугу между цилиндрическим анодом 2 и стержневым катодом 3. Включают генератор 5 модулированного крученого электромагнитного поля и привод 10 вращения цилиндрического анода 2. Энергия, выделяемая на цилиндрическом аноде 2 при протекании тока через дугу, передается воде, находящейся в термозащитной кольцевой полости 7. Вода превращается в пар, создается избыточное давление, под действием которого пар форсунками 8 подается в газоразрядную камеру 4.
Струя пара, проходя через газоразрядную камеру 4 между цилиндрическим анодом 2 и стержневым катодом 3, ионизируется и нагревается до высоких температур. Плазмообразующая паровоздушная смесь в газоразрядной камере 4 дополнительно активируется генератором 5 модулированного крученого электромагнитного поля и вращающимся цилиндрическим анодом 2, после чего выходит через выпускное отверстие 6 в виде плазменного шнура. При прохождении плазменного шнура через выпускное отверстие 6, выполненное в форме сопла Лаваля, его скорость увеличивается до сверхзвуковой, а наличие расположенных со стороны выпускного отверстия 6 газоразрядной камеры 4 концентраторов напряжения 11 позволяет расширить объем плазменного шнура, что значительно увеличивает мощность.
Заявляемая полезная модель по сравнению с ближайшим аналогом имеет значительную мощность, простую конструкцию, высокую эксплуатационную надежность и может быть использована в качестве источника тепловой энергии, например в котельных установках для нагрева больших объемов воды.