ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН
ELECTRIC ARC PLASMATRON

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам, вырабатывающим плазму.
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.
Известен также электродуговой плазмотрон, содержащий анодный и катодный блоки, расположенные соосно вдоль оси плазмотрона, разделенные изолятором, в котором имеется узел подачи рабочего плазмообразующего газа в электро-газоразрядную 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.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является электродуговой плазмотрон, содержащий расположенный вертикально трубчатый корпус, выполненный из непроводящего ток тугоплавкого материала, с двумя герметичными крышками, в трубчатом корпусе перпендикулярно оси щелевой камеры выполнены два расположенных друг против друга отверстия в одном из которых установлен анодный электрод, а в другом - катодный электрод, которые подключены к блоку питания с регулируемым по уровню и постоянным по знаку напряжением, а также к блоку зажигания дуги. 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 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 трубчатом корпусе выполнены отверстия для подачи плазмообразующего газа [3].
Недостатком данного плазмотрона является сложность регулирования выходного потока плазмы.
Задачей изобретения является расширение диапазона регулирования количества и выходной мощностью вырабатываемой плазмы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что электродуговой плазмотрон содержит трубчатый корпус, выполненный из непроводящего ток тугоплавкого материала, внутренняя полость которого образует продольную щелевую 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 в щелевую камеру, трубопровод для прохождения охлаждающего агента, в трубчатом корпусе перпендикулярно оси щелевой камеры выполнены два расположенных друг против друга отверстия, в одном из которых установлен анодный электрод, а в другом установлен катодный электрод, один торцевой конец трубчатого корпуса соединен с узлом подачи рабочего плазмообразующего газа, 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, электроды имеют прямоугольное сечение, причем грани большей длины расположены перпендикулярно оси трубчатого корпуса, блок зажигания дуги содержит подвижный стержень, выполненный из токопроводящего материала, ось которого расположена параллельно оси электродов, подвижный стержень имеет непрерывный электрический контакт с одним электродом и соединен с приводом возвратно-поступательного движения, обеспечивающим кратковременный контакт со вторым электродом, трубопровод для прохождения охлаждающего электроды агента выполнен в виде каналов в стенке трубчатого корпуса, трубчатый магнитопровод является подвижным и соединен с другим приводом возвратно-поступательного движения.
На чертеже приведены продольный и поперечный разрезы плазмотрона.
Устройство содержит трубчатый корпус 1, выполненный из непроводящего ток тугоплавкого материала, имеющего в стенке сквозные расположенные соосно перпендикулярно оси корпуса отверстия, в которых находятся анодный электрод 2 и катодный электрод 3, имеющие прямоугольное сечение, причем грани большей длины расположены перпендикулярно оси трубчатого корпуса. Внешние выводы электродов 2 и 3 подключены к выходам блока питания 4 с регулируемым по уровню и постоянным по знаку напряжением. Один торцевой конец трубчатого корпуса соединен с узлом подачи рабочего плазмообразующего газа 5. В стенке трубчатого корпуса выполнены каналы для прохождения охлаждающего агента 6. Соосно с трубчатым корпусом установлен подвижный трубчатый магнитопровод 7, внутренние размеры полости которого больше наружных размеров трубчатого корпуса 1. В полости подвижного трубчатого магнитопровода 7 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. Ось положения подвижного стержня 12, выполненного из токопроводящего материала, расположена параллельно оси электродов 2 и 3. Подвижный стержень 12 находится в постоянном электрическом контакте с одним электродом, например 2, и имеет привод возвратно-поступательного движения 13 для зажигания дуги путем кратковременного контакта со вторым электродом 3 с последующим быстрым размыканием электрической цепи.
Подвижный трубчатый магнитопровод 7 с полюсами 8 и 9 с обмотками 10 соединен с приводом 14, обеспечивающим его возвратно-поступательное движение вдоль корпуса 1.
Устройство работает следующим образом.
К аноду 2 и катоду 3 от блока питания 4 подводится напряжение. Подвижный токопроводящий стержень 12 приводится в движение приводом возвратно-поступательного движения 13 и кратковременно замыкает электрическую цепь между электродами 2 и 3, а затем стержень 12 быстро движется в обратном направлении и размыкает электрическую цепь между электродами 2 и 3, в результате чего зажигается электрическая дуга. В полость трубчатого корпуса 1 к его торцевому входу от узла подачи 5 подается плазмообразующий газ под давлением, который проходит через дугу, и ионизируется с образованием плазмы, которая выходит из второго торцевого вывода трубчатого корпуса. Под действием движущегося плазмообразующего газа дуга растягивается. Для предотвращения ее разрыва подключают обмотку возбуждения 10, установленную на полюсах 8 и 9, к выходам источнику регулируемого напряжения постоянного тока 11, ток возбуждения протекает по обмотке 10 и создает электромагнитное поле, возникает электромагнитная сила, действующая на дугу, в направлении, противоположном направлению движения плазмообразующего газа, и стабилизирующая положение дуги.
При увеличении скорости движения и расхода плазмообразующего газа увеличивают напряжение на выходе источника 11, соответственно, увеличивают ток возбуждения в обмотке 10, вследствие чего увеличивается величина электромагнитного потока, создаваемого полюсами 8 и 9. В результате возрастает электромагнитная сила, действующая на дугу в зоне ее горения в направлении, противоположном направлению движения плазмообразующего газа, стабилизирующая положению дуги и препятствующая ее разрыву. Увеличение расхода плазмообразующего газа позволяет увеличить количество вырабатываемой плазмы. 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. При необходимости перемещения дуги вдоль продольной линии внутри цилиндрического корпуса 1 включают привод 14, обеспечивающий возвратно-поступательное движение вдоль корпуса 1 трубчатого магнитопровода 7 с полюсами 8 и 9 и с обмотками 10.
При использовании электродов 2 и 3 прямоугольного сечения возрастает сечение горящей между электродами электрической дуги, увеличивается величина проходящего через нее тока, что позволяет увеличить количество вырабатываемой плазмы при выбранной площади сечения трубчатого корпуса.
Электродуговой плазматрон характеризуется простотой конструкции, обеспечивает регулирование скорости движения, количества и мощности плазмы на выходе трубчатого корпуса плазмотрона.
Список литературы
1. А.с. СССР №599732. Электродуговой нагреватель газа постоянного тока / Жуков М.Ф., Лыткин А.Я., Худяков Г.Н., Анынаков А.С. Опубл. 07.09.1982. Бюл. №33.
2. Патент РФ №2465748. Электродуговой плазмотрон / Мчедалов С.Г. Опубл 27.10.2012. Бюл. №30.
3. Патент на полезную модель №188618. Электродуговой плазмотрон / Мещеряков В.Н., Евсеев A.M., Пикалов В.В., Чупров В.Б., Конев В.А. Опубл. 18.04.2019. Бюл. №11.