Разрядная камера ВЧ-плазмотрона

Рис. 2.60. Схема работающего высокочастотного индукционного плазмотрона, снабженного секционированной водоохлаждаемой разрядной камерой, прозрачной к потоку электромагнитной энергии с индуктора 1 — поток плазмы 2 — секция камеры 3 — кварцевый корпус 4 — индуктор

Рис. 10.8. Схема разрядной камеры радиочастотного (РЧ) плазмотрона с

Плазмотрон работает при атмосферном давлении. Разрядная камера плазмотрона представляет собой трубку из плавленого кварца диаметром 30 мм. В качестве источника питания использован генератор типа ЛГД 32 с диапазоном рабочих частот 15—30 Мгц. Поджиг разряда производится в атмосфере аргона, подаваемого тангенциально, возбуждением вспомогательного разряда между индуктором и охлаждаемым графитовым электродом. Через отверстие в центре электрода осуществляется подача газа-носителя с реагентом. После возникновения кольцевого разряда электрод поднимается, и при достижении определенного соотношения расходов аргона и газа-носителя вспомогательный разряд гаснет. С увеличением расхода плазмообразующего газа устойчивость плазменного [c.223]

Расчет мощности высокочастотного источника электропитания для получения потока высокочастотной индукционной (U-F)-плазмы. Высокочастотный источник электропитания при заданном расходе гексафторида урана через плазмотрон должен быть выбран с таким расчетом, чтобы электрическая мощность, доставленная в разрядную камеру плазмотрона, покрывала термодинамически минимальные затраты мощности на разложение UFe, на потери мощности за счет теплопроводности и излучения, потери мощности с потоком в аксиальном направлении. Необходимо, используя КНД преобразования переменного тока в высокочастотный и прочие энергозатраты, определить установленную мощность источника электропитания. Распределение мощности в различных элементах высокочастотного индукционного генератора плазмы определяет энергетическую эффективность соответствующего технологического процесса. Высокочастотный генератор плазмы состоит из следующих основных блоков анодного повышающего трансформатора, управляемого высоковольтного выпрямителя, генераторной лампы, системы колебательных контуров, индуктора и плазмотрона. Распределение мощности между всеми этими элементами и, дополнительно, металлической разрядной камерой в индукторе высокочастотного генератора, работающего на различных частотах, было приведено в табл. 2.6. Если принять мощность, потребляемую из электрической сети, Рпот, за 100%, то дальнейшее распределение мощности выглядит следующим образом КНД анодного трансформатора составляет 91 -Ь 98% трансформаторы с воздушным охлаждением имеют КНД 99,5% КНД высоковольтного выпрямителя на тиратронах без учета мощности, расходуемой на накал, составляет 99,5 %. Нри использовании тиристорных выпрямителей потери мощности на накал отпадают. Следовательно, общие потери мощности в этих цепях составляют 1 -Ь 9,5 % в зависимости от уровня используемой техники. Потери мощности на накал генераторной лампы составляют 2 -Ь 3,5 % в зависимости от эмиссионной способности катода. [c.527]

В высокочастотных факельных плазмотронах используются частоты порядка 10 МГц при пониженном давлении. Особенностью ВЧЕ плазмотронов является отсутствие в них расходуемых электродов, что свидетельствует о значительном преимуществе их при работе в агрессивных газах. При мощности до 1000 кВт они имеют диаметр разрядной камеры до 30 см и могут работать при больших расходах газов. Высокочастотные индукционные плазмотроны различают по способу тепловой защиты стенок разрядной камеры. Плазмотроны с металлической разрядной камерой дают возможность получать разряды практически любой мощности. [c.393]

Соответственно установленная мош ность должна быть больше в 1,6 Ч- 2,5 раза в зависимости от уровня источника электропитания и потерь в разрядной камере плазмотрона. [c.529]

На рис. 11.28 показана более детальная схема металлодиэлектрического высокочастотного плазмотрона пилотного завода. Принципиальная часть технологического аппарата — металлодиэлектрический высокочастотный индукционный плазмотрон — находится в индукторе 6 модифицированного высокочастотного генератора ВЧИ-63/5.25. Собственно плазмотрон включает в себя секционированную (разрезную) медную водоохлаждаемую разрядную камеру 5, расположенную внутри кварцевой оболочки 4 с минимальным зазором кварцевая оболочка герметично состыковывается с верхним 3 и нижним 8 крепежными фланцами. Пад верхним крепежным фланцем 3 находится насадка 1 для подачи плазмообразующего газа — смеси Нз-Аг, ввод газов осуществляют через тангенциально расположенные каналы 2. Металлодиэлектрический плазмотрон находится внутри стальной защитной камеры 7, заполненной обычно азотом под атмосферным давлением, обеспечивающей безопасность от высокого нанряжения на индукторе, электромагнитного излучения с индуктора и потенциально возможной утечки водорода. Под плазмотроном находится вставка с кольцевым коллектором 9 ввода ПРе в поток (Н2-Аг)-плазмы, генерируемой в разрядной камере плазмотрона. С точки ввода иГб через радиальные каналы 10 начинается плазменный реактор 11, размеры которого определяли с учетом компьютерного моделирования процесса реактор охлаждается с помощью канала охлаждения 12. Дальнейший технологический маршрут процесса был показан на рис. 11.27. [c.608]

Методически процесс плазменно-водородного восстановления UFe осуществляли следующим образом. После проверки установки на герметичность, откачки установки до остаточного давления 0,01 + 0,001 атм, прогрева источника электропитания, контейнера с UFe и всех коммуникаций, обеспечения охлаждения всех охлаждаемых элементов установки в разрядную камеру плазмотрона вводили аргон, возбуждали высокочастотный индукционный разряд и вводили водород. Устанавливали нужное мольное соотношение в смеси Нз-Аг (1 1 1,5 0,5), устанавливали стабильный поток (Нз-Аг)-плазмы и вводили UFe с контролируемым расходом в плазму. Расход UFe поддерживали в пределах 60- 75 кг/ч расход водорода — 0,68 0,853 кг/ч (7,64- 9,55 нм /ч). Объемный расход аргона меняли в пределах 5-Ь12 нм /ч. Продукты восстановления UFe — тетрафторид урана и безводный фторид водорода. [c.610]

Разрядная камера плазмотрона состоит из двух полых медных цилиндрических электродов, между которыми расположено газоподводящее кольцо, изготовленное из изолирующего материала. Один электрод выполнен в виде стакана, другой, через который истекает плазменная струя, представляет собой трубу. Оба электрода охлаждаются снаружи водой для предотвращения разрущения их стенок. Газ через расположенное между электродами изолирующее газовое кольцо вводится в камеру тангенциально образующийся газовый вихрь обжимает дугу и вращает ее приэлектродные участки. Полярность электродов во всех экспериментах оставалась неизменной закрытый электрод является катодом, открытый — анодом. Подогреватель подключен к источнику электроснабжения постоянного тока с напряжением 825 в и номинальным током 1500 а. [c.56]

Начало активного использования плазменного нагрева относится к шестидесятым годам прошлого века, когда были созданы эффективные способы стабилизации плазмы. Однако этот способ нагрева, несмотря на его преимушества, не получил должного развития. Основные попытки его использования связаны с методом Чохральского, при этом применялись дуговые плазмотроны постоянного тока. Плазма, возникавшая в разрядной камере в виде узкой струи, направлялась на поверхность шихты, расплавляя ее. В результате получалась система, подобная гарниссажу. Три плазмотрона располагались под углом 120 ° друг к другу. В центре устанавливался механизм вытягивания монокристалла. Оказалось, что способ создания плазмы с помощью постоянного тока имеет тот недостаток, что в расплав попадают частицы электрода. Эта проблема полностью решается при использовании высокочастотного плазмотрона (рис. 98) [107]. [c.135]

В случае дуговых плазмотронов возникает проблема возбуждения плазмы. Эта проблема решается различными способами замыканием электродов поджигом от вспомогательного дугового разряда электрическим пробоем инжекцией вспомогательной плазмы в разрядную камеру. Мощность высокочастотного плазмотрона может достигать 1 МВт, температура в центре разрядной камеры и на начальном участке плазменной струи составляет порядка 10" °С, скорость истечения плазмы О Ч-10 м/с частота находится в пределах от нескольких десятков тысяч Гц до десятков МГц КПД — 50 Ч- 80% ресурс работы — до 3000 ч. Индуктивное возбуждение плазмы существенно расширяет возможности этого способа нагрева и открывает новые перспективы использования плазменного нагрева, например, в методах Вернейля, Бриджмена, зонной плавки. [c.135]

Детальная схема основной части установки, а именно дуговой высоковольтный плазмотрон и камера пиролиза, показана на рис. 1. Из рисунка видны расположение вводов газа-теплоносителя и других внутренних деталей Б разрядной камере, обеспечивающие эффективный нагрев газа путем контакта с дугой при втягивании в воронку нижнего электрода. Показаны также способ введения углеводородов в камеру пиролиза 1 (разрез по [c.62]

Примерно в то же время развивался и другой класс плазмотронов — высокочастотные индукционные плазмотроны. Это развитие явилось более специфическим основной первоначальный вклад был сделан в области источника электропитания — высокочастотного генератора, работающего в области радиочастот. Настоящим первоначальным стимулом здесь также были потребности военно-космической техники моделирование и разработка транспортного ядерного реактора на гексафториде урана и необходимость получать потоки плазмы с менее высокими линейными скоростями и более равномерным профилем температур по сечению потока. После создания таких генераторов потребовался более высокий ресурс работы плазмотрона, который не достигался с использованием плазмотронов из диэлектрических материалов (кварца, оксида алюминия и других керамических материалов). В процессе этих работ были созданы разрядные камеры из нитридных керамических материалов (нитриды бора и алюминия), а также комбинированные разрядные камеры, выполненные в виде разрезных водоохлаждаемых камер из немагнитного металла, прозрачные к электромагнитному излучению с индуктора, снабженные или внешним диэлектрическим ограждением, или герметизирующими диэлектрическими вставками в вертикальных разрезах в стенке разрядной камеры. [c.44]

Плазмотроны с самоустанавливающейся длиной дуги. Наиболее простыми по конструктивному исполнению и надежными в эксплуатации являются плазмотроны с одной разрядной камерой (однокамерная схема). В зависимости от химической активности нагреваемого газа такой плазмотрон изготавливают в трех вариантах [c.49]

Рис. 2.40. Схема лазерного плазмотрона 1 — лазерный разряд 2 — разрядная камера 3 — лазер 4 — ввод газа 5 — поток плазмы

На рис. 2.60 показана схема работаюш,его высокочастотного индукционного плазмотрона, снабженного такой разрядной камерой. [c.117]

Ультракоротковолновые (УКВ) плазмотроны работают на частоте 50 МГц и выше, УКВ-разряды характеризуются большими объемами плазмы (1 2 л) и низкой плотностью энергии в плазме (менее 1 Вт/см ). Для возбуждения индукционного разряда в столь больших объемах требуются многовитковые индукторы диаметром 0,1 0,12 м. Такие индукторы на частоте 10 Ч-10 Гц обладают громадным индуктивным сопротивлением, которое очень трудно согласовать с параметрами генератора. Поэтому для компенсации большой индуктивности индуктор делают из нескольких секций и в разрыв между секциями вставляют компенсирующие емкости. При этом индуктор разделяется на несколько отдельных участков, называемых гонами (отсюда индуктор — полигональный). В УКВ-плазмотроне разрядная камера помещена в полигональный индуктор (рис. 2.53). Разряды этого типа и, соответственно, плазмотроны исследованы очень мало, их возможное применение — получение больших объемов плазмы ( 1 м ) при атмосферном давлении и низкой удельной мощности. [c.108]

Рис. 2.53. Схема УКВ-плазмотрона 1 — разряд 2 — разрядная камера из диэлектрического

Рис. 2.58. ВЧИ-плазмотрон с металлической разрядной камерой

Более или менее типичный комбинированный металлодиэлектрический плазмотрон показан на фотографии на рис. 2.59. Плазмотрон является частью технологической плазменной установки по конверсии и разложению гексафторида урана (см. главы 10 и 11) и содержит внутреннюю разрядную камеру, представляющую собой набор вертикально установленных между двумя фланцами медных трубок, соединенных вверху и внизу с коллекторами охлаждения, расположенными внутри упомянутых фланцев. Металлическая разрезная разрядная камера помещена в диэлектрическую оболочку, выполненную из отрезка кварцевой трубы. Комбинированный плазмотрон помещен коаксиально в индуктор высокочастотного генератора. На фотографии на рис. 2.59 над основным индуктором расположен еще и вспомога- [c.116]

Наиболее работоспособная конструкция высокочастотного индукционного плазмотрона на сегодняшний день — медная разрезная водоохлаждаемая камера, разрезы которой герметично закрыты или пришлифованными индивидуальными диэлектрическими вставками, или внешним по отношению к камере ограждением из диэлектрического материала (металлодиэлектрический плазмотрон или реактор). Однако единого мнения относительно конструкции этих камер, числа разрезов, их ширины и высоты соотносительно с высотой индуктора, не говоря уже о способах герметизации вставок и прочих конструктивных особенностях, не существует. Тем не менее имеется несколько подходов к оценке принципов конструирования таких разрядных камер. [c.533]

Высокочастотные генераторы технологической плазмы также обеспечивают создание крупнотоннажных процессов, но достигнутый уровень мощности собственно высокочастотных генераторов составляет 1 МВт. Имеются технические возможности для создания генераторов мощностью 2-ьЗ МВт и более, но они пока не реализуются из-за отсутствия спроса. В России отсутствие спроса в настоящее время объясняется всеобщим кризисом, который продолжается уже более 10 лет. Сравнительно слабое место этой техники — несовершенство существующих разрядных камер высокочастотных плазмотронов. Плазмотроны из керамических материалов ненадежны в крупномасштабных технологических процессах особенно это касается процессов, где технологическая плазма генерируется в [c.128]

Схема высокочастотного плазменного реактора показана на рис. 7.2. Последний включает в себя газораспределительную насадку 1, индукционный плазмотрон 2, состоящий из разрядной камеры и индуктора высокочастотного генератора 3, собственно реактор, закалочную и осадительную камеры, а также фильтр для разделения порошка и газа. Кроме того, в схему входят зонд для измерения температуры 4 и приемник продуктов синтеза 5. [c.331]

Схема этого комбинированного генератора показана на рис. 10.23. Металлодиэлектрическая разрядная камера 16 помещена в индуктор 17 высокочастотного генератора 15. Верхняя часть камеры закрыта водоохлаждаемым фланцем 12 с внутренними каналами 13 для ввода UFe. Электродуговой плазмотрон постоянного тока установлен коаксиально с металлодиэлектрическим реактором над верхним фланцем 12. Электропитание этого плазмотрона осуществляется от тиристорного выпрямителя 1. Катод 6 плазмотрона постоянного тока закреплен в медном водоохлаждаемом держателе 5. Ввод UFe осуществляется через питающие трубы 8. Водоохлаждаемый анод 9 находится в магнитной катушке ii он отделен от катода промежуточным водоохлаждаемым электродом 7, отделенным изоляторами от обоих электродов. Дугу постоянного тока инициируют осциллятором [c.540]

Установленная мощность высокочастотного генератора 100 кВт, колебательная мощность — 25 -Ь 60 кВт, частота — 5,25 МГц. Температура воды, охлаждающей металлодиэлектрическую разрядную камеру 16, держатель 5 катода 6, промежуточный электрод 7, анод 8, фланец 12, питающие трубопроводы, составляла 73 °С. (Ввод и вывод воды на схеме обозначены цифрами 2 в. 3 соответственно.) Тангенциальный ввод иГб в высокочастотный разряд 18 через каналы 13 составлял 9,2- 13,6 кг/ч. Параметры электродугового плазмотрона на постоянном токе, рекомендованного для работы на иГа, следующие [c.542]

Рис. 2.54. Схемы высокочастотных емкостных плазмотронов а) с одним заземленным электродом б) с двумя высоковольтными электродами, запитан-ными в противофазе е) со встречным вводом реагентов в один ВЧЕ-разряд г) с изогнутой разрядной камерой и одним каналом ВЧЕ-разряда д) с двумя разрядными камерами, работающими на общий реактор е) с несколькими разрядными камерами и несколькими ВЧЕ-разрядами, работающими на общий реактор 1 — канал ВЧЕ-разряда 2 — разрядная камера 3 — ВЧ-генератор 4 — ввод реагентов 5 — внешние электроды 6 — корпус ВЧЕ-

Распределение статического давления в разрядной камере плазмотрона играет важную роль для зажигания и стабилизации электрической дуги в плазмотроне. Диаметр центрального отверстия диафрагмы сильно влияет на фокусировку катодного пятна посредством радиального градиента давления (рис. 11.11). Изменение конфузор-пости канала = й/В (см. рис. 11.9) очень сильно влияет на барометрическое ноле (рис. 11.12). При С <Р < 70 кг/м -с в камерах без конфузорности ( = 1) катодное пятно не фокусируется на катодной вставке. При = 0,66 наблюдается автомодельный по радиусу режим вращения газа (рис. 11.12). Для фокусировки нятна и стабилизации [c.578]

В работе [1] было показано, что этих критериев недостаточно, чтобы отразить основные процессы, протекающие в разрядной камере плазмотрона. В работе [2] сделано предположение, что основными факторами, влияющими на напряжение на дуге, являются процессы нагрева и силовые взаимодействия. Первый процесс учитывается критери- [c.58]

Наиболее перспективным следует считать получение плазменного потока с радиальным вдувом холодных струй газа в разрядную камеру плазмотрона. В данном случае не только выравниваются профили температур, увеличивается турбулентность потока, но и уменьшается среднемассовая температура тяжелых частиц до 1500—2000 К, а температура электронов за выходом из анода достигает 10 000—15 ООО К. Низкотермичность в разрядной камере и перавновесность в камере смешения способствуют проведению процесса закалки при среднемассовых температурах газов ниже равновесных температур обратного разложения оксидов азота (1800 К), а объемная доля выхода оксидов азота, как видно будет далее, превышает 0,03, что в несколько раз больше их равновесных значений при таких температурах. [c.133]

Дуга на оси электродуговой камеры стабилизируется закрученным потоком газа. В первых двух вариантах нагреваемый газ однороден по своему составу и, как правило, химически инертен в третьем основная масса нагреваемого газа может быть химически активной, однако в область торцевого электрода, отделенную диафрагмой, подают инертный по отношению к этому электроду газ. Третий вариант наиболее интересен в прикладном отношении. Он представлен схемой на рис. 2.5. Основные элементы такого плазмотрона 1, 2 — внутренний и выходной электроды соответствено 3 — диафрагма (межэлек-тродная вставка) 4 5 — изоляторы, ограничивающие основную и дополнительную вихревые камеры С — узел подачи рабочего газа (во всех трех вариантах), — узел подачи защитного газа (в третьем варианте) 6 — соленоид для вращения электрической дуги 7. Газ при входе в разрядную камеру закручивается при проходе через кольцо с тангенциальными отверстиями. Лучшая стабилизация дуги на оси вихревой камеры достигается при скоростях течения газа, лежащих в пределах 0,3г г 0,81 (у — скорость звука в газе). [c.49]

Рис. 2.56. Принципиальные схемы ВЧИ-плазмотронов а) с одним заземленным концом индуктора б) с индуктором, запитанным по двухтактной схеме в) со встречными потоками плазмы для двух ВЧИ-разрядов, горящих в одной разрядной камере г) комбинированный (ВЧИ + ВЧЕ)-плазмотрон, запитанный по двухтактной схеме 1 — ВЧИ-разряд 2 — разрядная камера 3 — ВЧ-генератор 4 — ввод реагентов 5 — индуктор или внешние электроды 6 — корпус ВЧ-плазмотрона 7 — плазменный реактор

Измерения величин были проведены на комбинированном ме-таллодиэлектрическом плазмотроне [15], в котором внутренний диаметр разрядной камеры составляет 0,06 м, частота генератора равна 5,28 МГц, мош ность в воздушной плазме — 20-Ь50 кВт, расход воздуха через разряд — 50 100 л/мин, подача воздуха в плазмотрон — тангенциальная. Полный электрический ток в нлазме /2 и полное активное сопротивление Л2 были определены [15] с использованием калориметрического метода и модели воздушного трансформатора, согласно которой индуктор (первичная цепь) связан с плазмой (вторичная цепь) магнитным потоком, что учитывается коэффициентом взаимной индукции (так называемый метод связанных конту- [c.118]

На рис. 2.62 представлены потери могцности в металлических секциях разрядной камеры ВЧИ-плазмотрона в зависимости от напряжения на индукторе и частоты тока. Из рисунка видно, что характер зависимости потерь могцности на частоте 1,76 МГц от напряжения на индукторе таков, что использование металлических разрядных камер на более [c.122]

UF -Ь (6 — n)/2F2. При наличии закалочного устройства состав нелетучих продуктов разложения UFe находился в пределах UF4 6 UF4, причем состав слабо зависел от колебательной мош ности разряда и среднемассовой температуры в плазме однако, согласно полуколи-чественпым данным, содержание фтора в UF заметно понижалось с увеличением скорости охлаждения продуктов разложения и скорости разделения конденсированной и газовой фазы. При колебательной мощности 15 20 кВт и расходе UFe 3 кг/ч среднемассовая температура в зоне разряда с учетом возможных потерь была не менее 6000 К. Если сравнить расчетный квазиравновесный состав (U-F)-плазмы при такой температуре и состав продуктов разложения UFe, извлеченных из приемника, то несоответствие этих составов можно объяснить только интенсивной рекомбинацией и в газовой, и в конденсированной фазах. Очевидно, что теплообменники, примененные для закалки (и-Е)-нлазмы, были малоэффективны. Возникает вопрос с какой скоростью нужно охлаждать (U-F)-плазму, чтобы получить в конденсированной фазе уран или другой продукт заданного состава Он тем более актуален, что в работе [28] Барк представил результаты кратковременных экспериментов по разложению UFe в электродуговом разряде. В этих экспериментах UFe вводили в разрядную камеру электродугового плазмотрона, работавшего па аргоне. Катод плазмотрона был выполнен из торированного вольфрама, анод — из электролитической меди. Мощность плазмотрона (без учета КПД) — [c.505]

При реализации программы по разработке ядерного газофазного реактора с высокотемпературным газовым ТВЭЛом на UFe потребовалось экспериментально исследовать свойства стабилизированных потоков (U-F)- и (и-Г-Аг)-плазмы. О некоторых экспериментах по измерению температуры и состава этих плазм уже упоминалось выше. Целенаправленные исследования такого рода по очень широкой программе проведены в [5]. В этих экспериментах UFe инжектировали в стабилизированную аргоновую плазму радиочастотного (РЧ) разряда и обжимали поток (и-Г-Аг)-плазмы закрученным потоком аргона. Уровень мощности РЧ-разряда — до 85 кВт, давление в разрядной камере — до 12 атм (10 Па), расход UFe — до 21 г/с (75,6 кг/ч), время экспериментов — до 41,5 мин. Схема разрядной камеры в разрезе показана на рис. 10.8. Разрядная камера 1 радиочастотного плазмотрона, выполненная из плавленного кварца, находится в индукторе 3 радиочастотного генератора мощностью 1,2 МВт. Инжекцию UFe в аргоновую плазму 2 проводили через охлаждаемый зонд 7, введенный по оси разрядной камеры с одного из ее концов (и-Р-Аг)-нлазму [c.506]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология