ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Разрядная камера ВЧ-плазмотрона из "По отдельным производствам химической Промышлености выпуск 15" В основу понятия эквивалентности цилиндров положен специфический параметр индукционного нагрева - глубина проникновения электромагнитного поля в проводящий цилиндр. [c.35] Не для всех случаев j (г ) можно дать строгое доказательство записанного равенства. Однако справедливость его была проверена численным методом. Расховдение величин, стоящих в правой и левой частях равенства, не превышало 7%. [c.35] Таким образом, для обеспечения высокой эффективности преобразования энергии по данному параметру необходимо выдерживать его в достаточно узких пределах ( 3,5). Экспериментально также установлено, что эффективность передачи энергии от индуктора разряду зависит от отношения их диаметров, Эта зависимость является более сильной, чем можно определить по теории индукционного нагрева металла, что объясняется изменением величины волнового числа при изменении отношения диаметров разряда и индуктора в-опыте. [c.35] Величина тепловых потерь при выводе нагретого газа из разрядной-камеры зависит от конструкции плазмотрона и газодинамических условий в камере. Основные конструктивные размеры плазмотрона - диаметр и высота разрядной камерЫ - определяются мощностью разряда, составом плазмообразующего газа, диаметром и высотой индуктора. При постоянных конструктивных параметрах высокочастотного плазмотрона для определенного состава плазмообразующего газа тепловые потери в разрядной камере зависят от характера газового потока. [c.36] Основная задача исследования состояла в том, чтобы за счет изменения газодинамических характеристик разрядной камеры при постоянной мощности потерь Р в ней обеспечить максимальную температуру плазменной струи, выходящей из индукционного высокочастотного плазмотрона, либо при заданной температуре плазменной струи обеспечить минимальные потери в разрядной камере. Диаметр разрядной камеры выбирали в зависимости от мощности разряда. При работе с большинством газов (за исключением водорода) диаметр разрядной камеры составлял 30-50 мм при мощности разряда до 10 квт, 40-70 мм - до 30 квт и 60-100 мм - до 60 квт. При выборе диаметра разрядной камеры исходили из условия получения достаточно высокого к.п.д. на участке индуктор-разряд и обеспечения перенапряженного режима работы автогенератора при номинальной мощности. [c.36] Диаметр индуктора выбирали с учетом условия обеспечения минимального зазора мевду ним и разрядной камерой, который ограничивали величиной напряжения на индукторе и условием отсутствия межвитковых пробоев по поверхности разрядной камеры. Высота индуктора равнялась его диаметру, высота плазмотрона - трем диаметрам индуктора. [c.36] Основные измерения производили на кварцевой разрядной камере с внутренним диаметром 60 мм и длиной 250 мм, охлаждаемой водой при тангенциальной подаче плазмообразующего газа. Результаты опытов представлены в виде зависимости потерь мощности в разрядной камере Рр от расхода плазмообразующего газа (рис. 22). [c.36] Сниаение роли теплопроводности в процессе теплообмена между разрядом и стенками камеры с повышением расхода плазмообразующего газа можно объяснить следующим образом. При тангенциальной подаче газа в пристеночной зове разрядной камеры образуется закрученный ламинарный поток холодного газа, через который осуществляется передача тепла от разряда к стенке разрядной камеры за счет теплопроводности. Если постепенно увеличивать осевую скорость этого потока, не создавая турбулентный режим, то зона на стенке разрядной камеры, где тепловые потоки достигают максимума, начнет смещаться в направлении движения газа. Условием получения достаточно малых потерь мощности является такая осевая скорость газа в пристеночном слое, при которой зона максимальных тепловых потоков на стенке разрядной камеры сместится в направлении подачи газа за срез разрядной камеры. [c.37] Вследствие этого увеличивается мощность, выносимая газом из разрядной камеры, и к.п.д. индукционного плазмотрона. [c.37] Для каждой разрядной камеры необходимо установить минимальный расход плазмообразующего газа для различных уровней мощности разряда, при котором зона максимальных тепловых потоков смещается за срез разрядной камеры, вследствие чего исключается возможность перегрева стенок разрядной камеры При увеличении мощности разряда (рис, 22) необходимо повысить расход плазмообразующего гааа, чтобы потери мощности в разрядной камере оставались постоянными (табл. I). [c.37] Однако энтальпия газа и мощность разряда не определяют в полной мере величину тепловой нагрузки на стенки разрядной каиеры, иначе существовала бы прямая пропорциональная зависимость между потерями в разрядной камере, с одной стороны, мощностью индукционного разряда и расходом плазмообразующего газа, с другой. [c.38] При малом расходе плазмообразующего газа, когда потери тепла определяются процессом теплопроводности, с ростом мощности разряда увеличивается тепловая нагрузка на стенки разрядной камеры (табл. 2). [c.38] При этом тепловые потоки в направлении к стенке разрядной камеры растут значительно быстрее, чем мощность разряда, что объясняется увели-, чением диаметра разряда и соответственным уменьшением толщины пристеночного холодного слоя. [c.38] При переходе в область больших расходов плазмообразующего газа получается обратная картина (табл. 3). [c.38] При этом тепловые потоки в направлении к стенке разрядной камеры тоже растут, но медленнее, чем мощность разряда, поскольку процесс теплопроводности здесь не играет существенной роли. Потери мощности в разрядной камере увеличиваются за счет роста излучения при повышении мощности разряда и электрических потерь в стенках и охлавдающей воде. [c.39] При больших расходах плаэмообразующего газа преобладающим становится процесс конвективного теплообмена. На графиках (рис. 22) имеется подъем кривых в правой части, который зависит не столько от расхода плазмообра-зующего газа, сколько от величины тангенциальной составляющей скорости плазменного потока в разрядной камере. [c.39] Таким образом, в зависимости от расхода плазмообразующего газа потери мощности в разрядной камере определяются различными процессами теплообмена теплопроводностью, излучением, электрическим нагревом разрядной камеры и конвективным теплообменом. [c.39] При среднем.тепловом потоке в направлении к стенке разрядной камеры (менее 10 вт/см ) с успехом применяли кварцевую разрядную камеру с двойными стенками и газовым охлалдением, а при среднем тепловом потоке (более 10 вт/см ) - разрядную камеру с металлическими разрезными стенками. Увеличение потерь мощности в последнем случае компенсируется за счет значительного повышения надежности работы индуквдонного плазмотрона. [c.39] Потери мощности в разрядной камере зависят от соотношения осевой и тангенциальной составляющих скорости газового потока. Для установления характера такой зависимости измеряли потери в разрядной камере о внутренним диаметром 60 мм и длиной 250 мм при изменении мощности разряда от 16,2 до 39,4 квт, тангенциальной скорости ввода плазмообразующего газа в разрядную камеру от I до 440 м/сек и расхода плазмообразующего газа от 2 до 20 м /час. Для изменения скорости ввода плазмообразующий газ подавали через тангенциально расположенные штуцера, площадь которых составляла 0,22, 0,44, 0,89, 2,0, 2,9, 4,9, 16 и 25% площади поперечного сечения разрадной камеры. [c.39] При большом расходе плазмообразующего газа потери мощности в разрядной камере зависят от тангенциальной скорости газа на входе в разрядную ка--меру чем меньше тангенциальная скорость газового потока, тем меньше потери в разрядной камере (рис. 23), При малом расходе плазмообразующего газа потери мощности в разрядной камере почти не зависят от тангенциальной скорости ввода газа в разрядную камеру. При тангенциальной скорости ввода плазмообразущего газа выше 10 м/сек на выходе из разрдцной камеры диаметром 60 мм и длиной 250 мм возникает встречный вихревой поток, который при дальнейшем увеличении тангенциальной скорости газа проникает в полость разрядной камеры и в зону индукционного разряда. В процессе получения пигментной двуокиси титана после нескольких суток работы поверхность разрядной камеры покрывалась слоем продуктов реакции и наблвдался перех ев разрядной камеры при рабочих режимах. Кроме того, увеличиваются конвективная составляющая потерь мощности, диаметр разряда в зоне встречного, вихревого потока и тепловые потери в разрядной камере, чем объясняется подъем в правой части кривой (рис. 22). [c.39] Вернуться к основной статье