• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Методика розрахунку дугових плазмотронiв лiнiйної схеми

Вихідними даними для розрахунку є наступні параметри:

1. Номінальна потужність плазмотрона.

2.Діапазон регулювання потужності, мінімальна та максимальна потужність.

3. Робочий тиск газу у розрядній камері.

4. Склад плазмоутворюючого газу.

Методика розрахунку складається з кількох основних розділів:

а) розрахунок робочих електричних, газодинамічних та геометричних параметрів;

б) теплові розрахунки та розрахунки теплотехнічних характеристик плазмотрона;

в) розрахунок ресурсу роботи плазмотрона.

Визначаються: Робоче значення напруги дуги (U), ентальпія (температура) плазмового струменя, тепловий коефіцієнт корисної дії (h), витрата плазмоутворюючого газу (G), внутрішній діаметр вихідного електрода (d), його довжина (l), безперервний ресурс роботи плазмотрона.

Розрахунок плазмового генератора починається із визначення потужності плазмотрона, яка забезпечує нагрівання та прискорення потрібної кількості дисперсного матеріалу. Аналіз існуючих серійних та експериментальних установок плазмового напилення дозволяє оцінити питомі енерговитрати g на нагрівання матеріалу. При напиленні керамічних матеріалів вони складають : 7¸12 кВт год. / кг ; для металевих матеріалів - 3¸8 кВт год. / кг.

Маючи на увазі, що

(2.1)

одержуємо :

, (2.2)

де Р_å - сумарна потужність плазмотрона, кВт ; G_m- продуктивність напилення, кг/год.

Проводиться також тепловий розрахунок елементів плазмового генератора. На рис.2.1 наведені основні принципові схеми дугових плазмотронів лінійної схеми.

Рис.2.1. Принциповi схеми плазмотронiв:

а - плазмотрон з гладким каналом; б - iз ступiнчастим анодом; в - iз між електродною вставкою

У процесі розрахунку використовується система рівнянь, до якої входять:

Вольт-амперні характеристики плазмотрона з гладким вихідним електродом при роботі на повітрі та азоті:

, (2.3)

при роботі на газоповiтрянiй суміші:

(2.4)

для метану (CH₄) A=1; для пропану (C₃H₈) A=2.5; для бутану (C₄H₁₀) A=3.4; для пропан-бутану (50% пропану i 50 % бутану) А=2.7,

при роботі на аргоні :

, (2.5)

де U - напруга на дузі, В; I - струм, А ; G - вагова витрата плазмоутворюючого газу, кг/с ; d - діаметр анода, м; р - тиск плазмоутворюючого газу Н/м² ; n - вміст вуглеводневого газу в суміші.

Вольт-амперні характеристики плазмотрона із ступінчастим вихідним електродом при роботі на повітрі та азоті:

, (2.6)

при роботі на газоповітряній суміші :

, (2.7)

при роботі на аргоні :

(2.8)

Вольт-амперні характеристики плазмотрона з МЕВ при роботі на газоповітряній суміші :

,(2.9)

для метану А=1; для пропану А=2.5; для бутану А=3.4; для пропан-бутану А=2.7, при роботі на повітрі :

,(2.10)

Тепловий к.к.д. плазмотрона при роботі на повітрі або азоті, канал гладкий :

, (2.11)

Тепловий к.к.д. плазмотрона при роботі на аргоні, повітрі або азоті, канал ступінчастий :

(2.12)

Тепловий к.к.д. плазмотрона при роботі на газоповітряній суміші, канал гладкий:

(2.13)

для метану А=1; для пропану А=2.5; для бутану А=3.4; для пропан-бутану А=2.7.

Тепловий к.к.д. плазмотрона при роботі на газоповітряній суміші, канал ступінчастий :

(2.14)

Тепловий к.к.д. плазмотрона з МЕВ при роботі на повітрі :

(2.15)

Тепловий к.к.д. плазмотрона з МЕВ при роботі на газоповітряній суміші:

(2.16)

для метану А=1; для пропану А=2.5; для бутану А=3.4; для пропан-бутану А=2.7.

Потужність, яка вкладається в дугу, Вт:

(2.17)

Енергія струменя , який витікає із плазмотрона, Вт:

, (2.18)

де h, h_n відповідно текуче і початкове значення ентальпії плазмового струменя.

Наведена система не замкнена, тому додатково вводимо ще дві умови, які встановлюють взаємодію між параметрами, які шукаються.

Одна з цих умов, встановлена дослідним шляхом, визначає, що при температурі плазмового струменя Т=(3000¸6000) К і тиску в дуговій камері p=(1-5)10⁵ Н/м²=0,1-0,5 МПа, відносна довжина вихідного електрода приймається рівною:

l/d=7¸8 і l₃/d₃ =3¸4 (2.19)

Із умови (2.19) витікає, що діаметр електродугової камери повинен бути

, (2.20)

Звичайно приймають

d = (1.1 ¸ 1.3) d_кр, (2.21)

Для розрахунку газоповітряних плазмотронів можна використовувати спрощену формулу :

(2.22)

де e - питомий енерговнесок у дугу, кВт год./м³ ,

(2.23)

Довжина l₂ вихідного електрода надає істотне значення на напругу і струм дуги. Зміною l₂ (при заданих G, d₂, p) досить просто регулювати напругу U і потужність Р. l₂ знаходиться по формулі:

(2.24)

Перевіряємо достовірність взятого значення теплового КПД η_T. Для цього проводиться розрахунок η_T по формулі:

, (2.25)

де i=l₁/d₁ + l₂/d₂ + l₃/d₃.

У плазмотронах, які використовують кисневі та азотні компоненти суміші застосовуються термохімічні катоди з активною цирконієвою або гафнієвою вставкою, які допускають граничний струм для цирконію - 350 А і для гафнію - 400 А. Термоемісійні катоди спроможні витримувати значно більші струми ( до 1000 А і більше ), але приймаючи до уваги підвищення питомої ерозії анода, струм дуги обмежується 400 - 500 А.

У плазмотронах, які розробляються, доцільно використовувати серійні термохімічні катоди. Це катоди типу ОБ 1541, ОБ 1542, ЕСР-02, ЕСМ-01, ЕП-03. На рис. 3.4 наведені основні характерні розміри цих електродів. У табл. 3.2 наведені технічні характеристики серійних електродів.

Рис 2.2 Основні типи серійних термохімічних електродів

Рис 2.3 Основні типи серійних термоемісійних електродів

Читайте також:

1. VІ. Структурно-логічні схеми
2. Алгоритм маркетингового розрахунку цін.
3. Алгоритм розрахунку апаратів псевдозрідженого шару.
4. Алгоритм розрахунку майбутньої вартості ануїтету
5. Алгоритм розрахунку майбутньої вартості грошей за простими і складними відсотками
6. Алгоритм розрахунку ризиків за загрозою відмова в обслуговуванні
7. Алгоритм розрахунку та підбору технологічного обладнання
8. Алгоритм розрахунку температури поверхні чипу ІМС процесора
9. Алгоритм розрахунку теперішньої вартості ануїтету
10. Алгоритм розрахунку теперішньої вартості грошей за простими і складними відсотками
11. Алгоритми та блок-схеми
12. Апаратура і методика проведення густинного гамма-гамма-каротажу

Переглядів: 906