Работа электродугового генератора плазмы

УП.5. Работа электродугового генератора плазмы [c.142]

Мощность микроволновых генераторов на сегодняшний день достигает 500 кВт этого достаточно для реализации приложений на промышленном уровне, однако стоимость таких генераторов более чем на порядок превышает стоимость электродуговых генераторов плазмы. Плазмотроны из диэлектрических материалов, работающие на волне Hqi, имеют тот же недостаток, что и высокочастотные плазмотроны — ненадежность и недостаточно высокий ресурс работы. Цельнометаллические плазмотроны на волне Нц дают принципиальную возможность решения проблемы ресурса, но имеющийся практический опыт для более или менее крупномасштабных процессов пока недостаточен. [c.129]

В книге рассмотрены три типа генераторов плазмы высокочастотный плаз-матрон и электродуговой генератор плазмы постоянного тока, которые используются для получения горячей плазмы, а также сверхвысокочастотный плазма-трон, применяемый для генерации холодной плазмы. Эти генераторы плазмы до сих пор пользуются основным вниманием исследователей. Возрастает количество исследований химических синтезов в низкотемпературной плазме высокочастотного и коронного разрядов. Коронный разряд представляет особый тип тлеющего разряда высокого давления и не расс.матривается в этой книге. Генераторы плазмы с дугой постоянного тока и с высокочастотными факелами разработаны до такой стадии, что хорошо известны критерии их моделирования. Электродуговые пла <матроны постоянного тока мощностью свыше 10 Мет выпускаются фирмами уже несколько лет. Работают и высокочастотные плазма-троны меньшей мощности (в диапазоне 100 кет). Сверхвысокочастотные плазма-троны, способные передать плазме примерно несколько киловатт, работают в ряде лабораторий, а выполненные расчеты свидетельствуют о возможности изготовления плазматронов большей мощности. Следовательно, в настоящее время [c.7]

ВЧИ-плазмотроны имеют определенные преимущества по сравнению с электродуговыми генераторами плазмы. Их использование позволяет получать плазму, не загрязненную материалом эрозии электродов, обеспечить длительный ресурс эксплуатации и работать практически на любом газе. Несмотря на широкое распространение ВЧИ-плазмотронов в лабораторной и исследовательской практике, до последнего времени считалось, что из-за сравнительно низкого КПД и невысокого уровня мощности эти плазмотроны не будут широко применяться в промышленности. Однако существуют работы, в которых показано, что можно создать ВЧИ-плазмотроны мощностью до 1 МВт [14] и достигнуть КПД — 70% [15]. Более того, при работе на агрессивных газах затраты на эксплуатацию ВЧИ-установки мощностью 1 МВт, с КПД 55% в несколько раз меньше, чем затраты на эксплуатацию электродугового подогревателя того же уровня мощности [16]. [c.14]

Самые удачные конструкции современных генераторов плазмы (т. е. плазмотрон, источник электропитания, система контроля и управления) являются побочными продуктами развития космической, ядерной и военной техники. Наибольшее применение, распространение и развитие получили три вида генераторов плазмы электродуговые генераторы на переменном и постоянном токе, высокочастотные и сверхвысокочастотные (микроволновые) генераторы. Особенно мош ный импульс развитию плазмотронов, в частности электродуговых плазмотронов, дало развитие ракетной техники. Для наземной имитации полета ракеты в атмосфере было необходимо получить сверхзвуковые потоки воздуха, нагретого до высокой температуры для некоторых траекторий полета температура воздуха превышает 10000 К. Так, в 60-х годах сравнительно мош,ные электродуговые плазмотроны (до 1 МВт) с более или менее приемлемым ресурсом работы были сконструированы в Институте теплофизики СО РАН для натурных экспериментов по моделированию условий входа космических объектов в атмосферу. [c.43]

Разработка оборудования и процессов в первую очередь приведет к усовершенствованию генераторов плазмы и закалочных систем. Построены крупные и эффективные электродуговые установки постоянного тока, необходимо только увеличить ресурс их работы. Максимальное внимание будет, вероятно, уделяться сверхвысокочастотным установкам, установкам с коронным разрядом и в меньшей мере высокочастотным плазматронам. Основное внимание привлекут схемные решения, увеличение масштабов установок и повышение эффективности их работы. [c.10]

Генераторы плазмы с газовой стабилизацией дуги по своей природе являются высоковольтными устройствами и работают главным образом от выпрямителей переменного тока. Они позволяют получать газовые потоки с большими энтальпиями, чем электродуговые подогреватели с магнитной стабилизацией разряда, и в случае работы при давлениях около 10 атм к. п. д. их близок к 75%. С повышением рабочего давления к. п. д. таких подогревателей уменьшается, но не столь сильно, как в случае подогревателей с магнитной стабилизацией разряда. [c.28]

Из всех типов тепловых генераторов плазмы электродуговой подогреватель со стабилизацией разряда стенками генерирует газовые потоки с максимальными энтальпиями. В таком плазматроне получены средние энтальпии газа около 27 500 /с/сал/кг при давлениях от 1 до 5 атм [151. Генератор работает при напряжении 1500 в и токе 1500 а, что соответствует мощности 2 Мет. Верхний предел диапазона рабочих давлений ограничен 10 атм, что связано только с трудностями изготовления электродов, работающих при высоких давлениях. [c.30]

Единичная мощность зависит от типа плазмотрона. К настоящему времени созданы электродуговые плазмотроны мощностью от десятков киловатт до 5 10 кВт [2]. При работе нескольких плазмотронов на один реактор можно повысить единичную мощность установки до 4—5 МВт [1]. Высокочастотные плазмотроны имеют мощность до 1 МВт, причем нет принципиальных ограничений для увеличения мощности до 10 МВт. Сверхвысокочастотные генераторы плазмы, позволяющие получать неравновесную плазму, пока ограничены мощностью до 100 кВт, хотя имеются предпосылки для развития их мощности до 1000 кВт. [c.108]

Выбор генератора плазмы для осуществления данного плазмохимического процесса определяется термодинамическими и кинетическими особенностями этого процесса. Ввиду большого разнообразия возможных плазмохимических процессов для их осуществления требуются генераторы плазмы самых разнообразных типов. С точки зрения организации промышленных многотоннажных плазмохимических процессов наиболее перспективными считаются в настоящее время электродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока (промышленной частоты). Достигнутый уровень мощности таких плазмотронов составляет в настоящее время 10 МВт при ресурсе работы 200—300 ч и КПД 0,8. Конструкция этих плазмотронов допускает работу нескольких плазмотронов на общий канал плазмохимического реактора с соответствующим увеличением вкладываемой в плазму мощности. В том случае, когда недопустимо загрязнение плазмы материалами эрозии электродов, имеющее место в электродных дуговых плазмотронах, весьма перспективными генераторами плазмы могут служить безэлектродные ВЧ- и СВЧ-плазмотроны. Хотя достигнутый уровень мощности таких плазмотронов сравнительно невелик (ВЧ-плазмотроны — не более 0,5 МВт, СВЧ — не более 0,05 МВт) и КПД не превышает в лучшем случае 60%, они успешно конкурируют с дуговыми плазмотронами в тех производствах, где важнейшим фактором является стерильность генерируемой плазмы. Кроме того, следует отметить, что ресурс работы таких плазмотронов в принципе всегда превышает ресурс работы дуговых плазмотронов (по крайней мере в настоящее время). [c.6]

При выборе генератора низкотемпературной плазмы учитывают требуемую мощность, ресурс работы на плазмообразующем газе заданного химического состава, параметры плазменной струи (температуру, скорость, допустимость загрязнений продуктами эрозии электродов и др.). Так, если отсутствуют специальные требования к чистоте целевого продукта, то чаще всего выбирают установки на основе электродуговых плазмотронов. Их применяют также в тех случаях, когда требуемая мощность превышает 300...500 кВт, что реализуется намного проще. [c.446]

Плазмотрон-газоразрядное устройство для получения плазмы. В крупнотоннажных произ-вах используют в осн. электродуговые генераторы плазмы пост, или перем. тока пром. частоты (см. рис.). Их мощность достигает 10 МВт, тепловой кпд (отношение кол-ва энергии, уносимой в единицу времени газом из плазмотрона, к мощности электрич. дуги) составляет 85% при ресурсе работы порядка 250 ч. В пром. условиях в качестве пдазмообразующих газов применяют воздух, азот, водород, углекислый газ в лаб. условиях также аргон, др. инертные газы. [c.554]

Начало научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по применению плазменного состояния вещества для получения урановых материалов для ядерного топливного цикла в СССР следует отнести к 1962 г. Примерно в это же время низкотемпературная плазма заняла заметное место в развитии различных направлений науки и техники, в частности в металлургии, в химической технологии, в технике обработки материалов. У истоков развития этих направлений в СССР стояли проф. Л.С.Полак и академик РАН П. П. Рыкалин. Развитие прикладных работ в области плазменной технологии и металлургии активизировало разработку генераторов потоков низкотемпературной плазмы здесь основное продвижение в разработке и создании электродуговых генераторов плазмы сделано на основе работ академика РАН М. Ф. Жукова, д.т.н. О.И. Ясько развитие высокочастотных генераторов — благодаря работам школы того же Н.Н.Рыкалина и проф. С. В. Дресвина основной вклад в развитие микроволновых и высокочастотных генераторов плазмы применительно к решению химико-металлургических проблем сделан академиком РАН В. Д. Русановым. [c.17]

Один из вариантов электродугового подогревателя с вихревой или газовой стабилизацией разряда впервые предложил и сконструировал в 1909 г. Шонхер [5] для получения ацетилена из природного газа установки с такими подогревателями были построены на предприятиях фирмы Хюл1 с в Германии в 1928 г. и работали при напряжении 8300 в и токе 850 а. В последнее время работы с генераторами плазмы с газовой стабилизацией разряда проводят Эшенбах [61, Сарлитто, [c.27]

Прообразом современных плазмохимических процессов, использующих электродуговые генераторы плазмы, может слул ить процесс электрокрекинга природного газа. На рис. 1.2 представлен один из вариантов схемы электродугового плазмотрона-реактора для процесса электрокрекинга природного газа [7]. Дуга горит между стальными водоохлаждаемыми электродами 1 и 2 в вихревом потоке природного газа, вдуваемого через кольцо закрутки 3. Данное устройство позволило достигнуть довольно высоких уровней мощности (--1—2 МВт) при КПД 75—80%. Однако одно из основных требований к таким установкам не выполнялось — ресурс плазмотрона-реактора составлял всего лишь несколько часов, так как каналы его электродов забивались сажей. Аналогичный результат был получен при недавних полупромышленных испытаниях плазмотрона с двухсторонним истечением конструкции ИТМО АН БССР [8] мощностью 1 МВт. Этот плазмотрон, позволивший получить вполне удовлетворительные результаты в плазмохимическом процессе фиксации атмосферного азота, оказался непригодным для процесса получения ацетилена из природного газа. Как и в случае электрокрекинга, ресурс работы этого плазмотрона не превышал 10 ч вследствие забивки сажей электродных каналов. Все это — результат стремления удовлетворить двум противоречивым требованиям, а именно для поддержания горения дуги в совмещенном плазмотроне-реакторе необходимо нагреть рабочий газ до температуры 10 ° К, метан при такой температуре за времена — сек диссоциирует на элементы — углерод и водород в то же время этот же рабочий газ является и перерабатываемым сырьем в плазмохимическом процесса получения ацетилена и по требованиям этого процесса не должен нагреваться более 2000° К. [c.7]

В крупнотоннажных произ-вах генераторами плазмы служат обычно электродуговые плазмотроны пост, и перем. тока пром. частоты. Мощность таких аппаратов достигает 15 МВт, ресурс работы 200—300 ч, кпд 0,85. Т-ра и скорость плазменной струи распределены неравномерно по ее сечению так, при использ. плазмы многоатомных газов макс. т-ра на оси достигает 5-10 К, тогда как среднемассовая т-ра составляет (4—7)-10 К. Скорость струи на выходе плазмотрона 10—103 м/с. [c.445]

Генераторы плазмы с магнитной стабилизацией разряда являются относительно эффективными (к. п. д. более 50%) низкоэнтальпий-ными ( 2000 ккал1кг) газовыми подогревателями в случае работы в в диапазоне от 1 до 10 атж. При больших давлениях ( 100 атм) эффективность таких генераторов резко падает (к. п. д. менее 10%) в связи с ростом радиационных потерь из дугового столба и потерь в процессах теплопроводности и конвекции к электродам Описанный принцип нагрева газа используется в генераторах плазмы постоянного [2] и переменного тока [31. По сравнению с генераторами плазмы, в которых применяются другие схемы электродугового нагрева, подогреватель с магнитной стабилизацией дуги работает при относительно высоких токах и низких напряжениях и для его Питания хорошо подходят низковольтные батареи. [c.26]

Установки для исследования физико-химических процессов в слабонеравновесной электродуговой плазме при атмосферном давлении состоят из генераторов плазмы (дуги) и спектральной аппаратуры. Они отличаются только деталями этих частей и подробно описаны в работах [50, 56, 141, 145]. [c.62]

Типичная схема плазменноиндукционной печи показана на рис. 14.7. В нее входят отверстие для измерения температуры 1 электродуговой плазмотрон (катод) 2 загрузочный бункер 3 герметичная крышка 4 электрическая дуга 5 расплавленный металл 6 индуктор частотного генератора 7 анод электродугового плазмотрона 8 летка 9. Как видно из схемы, индукционная шахтная печь содержит электродуговой плазмотрон. На рис. 14.7 плазмотрон работает в режиме прямого нагрева, и для его включения также нужно обеспечить начальную проводимость нагрузки однако при необходимости плазмотрон может работать и в режиме косвенного нагрева. Технически возможно обеспечить вращение плазмотрона (прецессию плазменного потока по поверхности расплава) для того, чтобы плазма обрабатывала всю поверхность расплава, находящегося в шахтной печи. [c.702]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология