Плазмотрон (также известный как плазменная дуга , плазменная пушка , плазменный резак или плазмотрон ) — устройство для генерации направленного потока плазмы . [1] [2] [3]
Плазменная струя может использоваться для таких применений, как плазменная резка , плазменно-дуговая сварка , плазменное напыление и плазменная газификация для утилизации отходов. [4]
Термическая плазма генерируется в плазмотронах постоянным током (DC), переменным током (AC), радиочастотными (ВЧ) и другими разрядами. Горелки постоянного тока наиболее часто используются и исследуются, поскольку по сравнению с переменным током: «меньше мерцания и шума, более стабильная работа, лучший контроль, минимум два электрода, меньший расход электродов, немного меньший износ огнеупорных материалов. и меньшее энергопотребление». [5]
Существует два типа горелок постоянного тока: непереносные и переносные. В непереносных горелках постоянного тока электроды находятся внутри корпуса/корпуса самой горелки (создавая там дугу). В то время как в перемещаемой горелке один электрод находится снаружи (обычно это проводящий материал, подлежащий обработке), что позволяет дуге образовываться за пределами горелки на большем расстоянии.
Преимущество горелок постоянного тока с переносом тока заключается в том, что плазменная дуга формируется вне корпуса с водяным охлаждением, предотвращая потери тепла, как в случае с горелками без переноса, где их электро-тепловой КПД может составлять всего 50 %. но горячую воду можно использовать и саму. [6] Кроме того, горелки постоянного тока с переносом можно использовать в схеме с двумя горелками, где одна горелка является катодной, а другая анодной , что имеет более раннее преимущество обычной системы с одной горелкой с переносом, но позволяет использовать их с непроводящими материалов, так как нет необходимости формировать из него другой электрод. [5] Однако такие типы установок встречаются редко, поскольку большинство распространенных непроводящих материалов не требуют точной резки плазменной горелкой. Кроме того, разряд, генерируемый этой конкретной конфигурацией источника плазмы, характеризуется сложной формой и гидродинамикой, которая требует трехмерного описания для прогнозирования, что делает работу нестабильной. Электроды непереносимых горелок больше, поскольку они больше изнашиваются плазменной дугой.
Качество получаемой плазмы зависит от плотности (давления), температуры и мощности горелки (чем больше, тем лучше). Что касается эффективности самой горелки, она может варьироваться в зависимости от производителя и технологии горелки; хотя, например, Леал-Кирос сообщает, что для горелок Westinghouse Plasma Corp. «легко возможен тепловой КПД 90%; эффективность представляет собой процент мощности дуги, которая выходит из горелки и поступает в процесс». [7]
В горелке постоянного тока электрическая дуга образуется между электродами (которые могут быть изготовлены из меди, вольфрама , графита , серебра и т. д.), а тепловая плазма образуется в результате постоянного поступления носителя/рабочего газа, выступающего наружу в виде плазменная струя/пламя (как видно на соседнем изображении). В горелках постоянного тока газом-носителем может быть, например, кислород, азот, аргон, гелий, воздух или водород; [5] и хотя его называют таковым, он не обязательно должен быть газом (поэтому его лучше называть жидкостью-носителем).
Например, исследовательская плазменная горелка в Институте физики плазмы (IPP) в Праге, Чехия, работает с вихрем H 2 O (а также с небольшой добавкой аргона для зажигания дуги) и создает высокую температуру. скоростное плазменное пламя. [6] Фактически, в ранних исследованиях стабилизации дуги использовался водяной вихрь. [8] В целом, материалы электродов и жидкости-носители должны быть специально подобраны, чтобы избежать чрезмерной коррозии или окисления электродов (и загрязнения обрабатываемых материалов), сохраняя при этом достаточную мощность и функциональность.
Кроме того, скорость потока газа-носителя можно увеличить, чтобы создать более крупную и выступающую плазменную струю, при условии, что ток дуги достаточно увеличен; и наоборот.
Плазменное пламя настоящей плазменной горелки имеет длину не более нескольких дюймов; его следует отличать от вымышленного плазменного оружия большой дальности .
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )