35

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Проектирование и эксплуатация плазменного технологического оборудования»

на тему: «Расчёт плазмотрона и определение его характеристик»

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к курсовой работе: 33 страницы, 8 рисунков, 1 таблица, 2 приложения, 7 источников.

Объект исследования - электродуговой плазмотрон постоянного тока косвенного действия.

Цель работы - определение основных характеристик плазмотрона.

Метод исследования - теоретические расчеты электродугового плазмотрона, его вольтамперной и тепловой характеристик.

Разработана расчетная схема плазмотрона, выполнен расчет основных геометрических параметров плазмотрона, исследована зависимость температуры плазменной струи от силы тока дуги, определена вольтамперная и тепловая характеристики, выбран источник питания, предложено технологическое применение.

В результате расчетов получены следующие параметры: сила тока - 100 A, напряжение на дуге - 216 B, КПД - 0,4, мощность - 21,6 кВт, ресурс работы плазмотрона составляет 52 часа.

Данный плазмотрон можно применять в следующих технологических процессах: плазменная обработка поверхностей металлов, резка тонколистовых металлов, упрочнение, закалка поверхностей, плазменная обработка строительных материалов.

ПЛАЗМОТРОН КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ, РЕСУРС РАБОТЫ, РАЗРЯДНЫЙ КАНАЛ, СТУПЕНЧАТЫЙ ВЫХОДНОЙ ЭЛЕКТРОД, ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, ГАЗОВИХРЕВАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ, ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, ТЕПЛОВОЙ ПОТОК.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Составление расчётной схемы плазмотрона

2 Расчёт плазмотрона

2.1 Расчёт рабочих параметров и геометрических размеров плазмотрона

2.2 Расчёт системы охлаждения

2.2.1 Расчёт охлаждения катода

2.2.2 Расчёт охлаждения анода

2.3 Расчёт ресурса работы плазмотрона

2.3.1 Расчёт ресурса работы катода

2.3.2 Расчёт ресурса работы анода

3 Определение характеристик плазмотрона

3.1 Вольтамперная характеристика

3.2 Тепловые характеристики

4 Выбор источника питания плазмотрона

5 Технологическое применение плазмотрона

6 Научно-исследовательская работа студента

Выводы

Перечень ссылок

Приложение А Расчёт рабочих параметров и геометрических размеров плазмотрона в MathCAD

Приложение Б Расчёт зависимости напряжения на дуге от диаметра разрядного канала

ВВЕДЕНИЕ

В развитии исследований по физике плазмы важными стимулами всегда были перспективы её практического применения. Сначала плазма интересовала учёных как своеобразный проводник электрического тока и как источник света. В настоящее время надо рассматривать физические свойства плазмы под другими углами зрения. Во-первых, плазма -- это естественное состояние вещества, нагретого до очень высокой температуры, во-вторых, это динамическая сила -- объект приложения электромагнитных сил.

Для успешного решения многих проблем современной науки, техники и производства требуются высокотемпературные источники энергии. Наиболее перспективными из них являются электродуговые нагреватели газа (плазмотроны), которые в последнее время находят широкое применение в различных технологических процессах. Достоинства использования электродуговых плазмотронов в промышленности следующие: большой ресурс работы электродов, надежность и устойчивость электродуговой установки, большой диапазон используемых мощностей, возможность нагрева любых технологически необходимых газов. Принцип действия плазмотрона основан на преобразовании энергии электромагнитного поля в другие формы энергии в электрических разрядах. В зависимости от назначения плазмотрона для генерации плазмы могут быть использованы электрическая дуга, высокочастотный, сверхвысокочастотный и тлеющий разряд. В данной работе рассматривается электродуговой плазмотрон.

Целью данной работы является расчёт основных геометрических, электрических и тепловых показателей плазмотрона. Исследование вольтамперных и тепловых характеристик позволит прогнозировать применимость плазмотрона для его надежного функционирования в других рабочих режимах. В научно-исследовательской работе студента (НИРС) необходимо исследовать зависимость напряжения дуги плазмотрона от диаметра его разрядного канала.

1 СОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ПЛАЗМОТРОНА

В данной работе предполагается рассчитать плазмотрон косвенного действия. Исходные данные к работе:

- рабочий газ - воздух,

- начальная температура воздуха Т_н = 300 К,

- конечная температура воздуха Т_к = 2600 К,

- расход воздуха G = 3•10^-3 кг/с,

- давление рабочего газа (воздуха) на выходе из плазмотрона p = 10⁵ Па,

- катод - термохимический, с циркониевой вставкой,

- анод - цилиндрический ступенчатый, медный,

- стабилизация дуги - газовихревая,

- ресурс работы плазмотрона - не менее 50 часов.

Схема рассчитываемого плазмотрона представлена на рисунке 1.1. Плазмотрон состоит из катодного и анодного узлов, узла подачи газа. Катодный узел состоит из медного катододержателя 1 и циркониевой катодной вставки 2. Анодный узел 4 представляет собой ступенчатый медный анод. Узел подачи рабочего газа 3 обеспечивает газовихревую стабилизацию дуги.

Определению подлежат следующие параметры: рабочие значения тока I и напряжения дуги U, тепловой коэффициент полезного действия , диаметр отверстий для подачи рабочего газа, геометрические размеры разрядного канала и катода, обеспечивающие необходимый ресурс работы, расход воды на охлаждение узлов плазмотрона.



1 - катододержатель;

2 - циркониевая вставка;

3 - система подачи газа;

4 - ступенчатый медный анод.

Рисунок 1.1 Расчётная схема плазмотрона

2 РАСЧЕТ ПЛАЗМОТРОНА

2.1 Расчет рабочих параметров и геометрических размеров плазмотрона

Для расчета размеров плазмотрона зададимся следующими константами [1]:

- критическая скорость при 2600 К а_кр=954,7 м/с;

- плотность воздуха при 2600 К =0,092 кг/м³;

- начальная энтальпия i_н= 0,3^.10⁶ Дж/кг,

- энтальпия i= 3,184^.10⁶ Дж/кг.

Для расчета электрических и тепловых характеристик плазмотрона будем использовать следующую систему уравнений:

- вольтамперной характеристики:

(2.1)

- теплового КПД плазмотрона:

; (2.2)

- мощности, вкладываемой в дугу:

; (2.3)

- энергии истекающей струи:

; (2.4)

- условие отсутствия шунтирования дуги до уступа:

; (2.5)

Представленная система уравнений не замкнута, поэтому необходимо ввести ещё одно условие, устанавливающее взаимосвязь между искомыми параметрами. Это условие определяет отсутствие теплового запирания в канале цилиндрического электрода. С этой целью внутренний диаметр электрода выбирается на 10-30% больше критического. В нашем расчете примем d=1,17d_кр.

Тогда мы можем рассчитать диаметр разрядного канала плазмотрона по следующей формуле [2]:

, (2.6)

подставив исходные значения, получим:

(м).

Решая полученную систему уравнений с помощью MathCAD (смотри приложение А), получим следующие характеристики:

- напряжение дуги: U=216(В);

- сила тока: I=100 (А);

- тепловой КПД =40 %;

- мощность рассчитанного плазмотрона:

(кВт);

- длина разрядного канала до уступа:

(мм).

Другие геометрические параметры найдём из следующих соотношений:

- диаметр разрядного канала после уступа:

, (2.7)

(м);

- длина разрядного канала после уступа:

, (2.8)

(м).

Рассчитаем диаметр отверстий, через которые воздух подается в вихревую камеру. Для эффективной стабилизации дугового разряда на оси канала газовым вихрем и снижения эрозии материала катода, вызванной воздействием пятна дуги, необходимо обеспечить скорость газа на выходе из кольца закрутки в пределах 150-200 м/с. Принимаем скорость воздуха на выходе =175 (м/с), плотность воздуха при нормальных условиях =1,29 (кг/м³).

Так как осуществляется распределенный вдув газа через 4 кольца закрутки, то для расчета диаметра отверстий берем расход газа равным G/4 [2].

, (2.9)

где n - количество отверстий в одном кольце закрутки, равное четырем.

Подставив численные значения, получим:

.

2.2 Расчет системы охлаждения

2.2.1 Расчёт охлаждения катода

Расчет охлаждения катода начинается с определения теплового потока в него от пятна дуги при I =100 А [1]:

, (2.10)

(Дж).

Задавшись температурным перепадом охлаждающей воды:t=4^ОС, и ее температурой на входе t_o=20 ^ОС, рассчитываем расход воды:

; (2.11)

(кг/с).

Приняв из конструктивных соображений значение радиуса обоймы меньшим, чем радиус канала начального участка выходного катода и равным (м), находим величину действительной плотности теплового потока на охлаждаемой стенке канала:

; (2.12)

(Дж/м²).

Коэффициент надежности охлаждения принимаем равным: К=10.

Далее находим критическую плотность теплового потока, на которую должно быть рассчитано охлаждение катода:

(Дж/м²). (2.13)

Рассчитав среднюю температуру охлаждающей жидкости (воды):

(^ОС),

температуру насыщения при давлении в разрядной камере р=5^.10⁵ Па:

. (2.14)

Находим величину недогрева воды до температуры кипения (насыщение)

(^ОС). (2.15)

Определяем потребную скорость охлаждающей воды в зазоре, для чего зададимся необходимыми константами, которые определены из графика 9,1 [2]:

, (2.16)

(м/с).

Выясним, какой режим теплообмена, конвективный или пузырь-ковый, имеет место при выбранном значении К_охл. С этой целью сравним рассчитанную плотность теплового потока с плотностью, соответствующей началу кипения. Для этого определим число Рейнольдса:

, (2.17)

,

где (м²/c) - кинематическая вязкость воды при тем-пературе 22°С.

- гидравлический диаметр, который принимаем равным , а величину зазора определим из уравнения:

, (2.18)

где - радиус водоподводящей трубки, выбранный из конструктивных соображений;

- плотность охлаждающей воды.

Тогда подставляя численные значения в формулу (2.18), получим необходимую величину зазора:

Далее определяем плотность теплового потока, соответствующую началу кипения воды:

, (2.19)

где: - коэффициент теплоотдачи;

- коэффициент теплопроводности воды при температуре .

Для определения коэффициента теплоотдачи необходимо вычислить число Нуссельта . Т.к. полученное число Рейнольдса соответствует ламинарному течению жидкости, то число Нуссельта находим по формуле [2]:

, (2.20)

где- кинематическая вязкость воды при t = 22^ОС;

- число Прандтля при t = 22^ОС;

- число Прандтля при t = 149^ОС;

(м) - длина участка канала. [1]

Тогда подставляя известные величины в формулу (2.20) найдём число Нуссельта:

.

Зная число Нуссельта, определим коэффициент теплоотдачи:

(Вт/м²К). (2.21)

Так как коэффициент теплоотдачи известен, можем найти по формуле (2.19) плотность теплового потока в катод, соответствующую началу кипения:

Поскольку плотность теплового потока, соответствующая началу кипения воды, больше чем действительная плотность теплового потока у стенки охлаждаемого канала, то делаем вывод, что охлаждение стенки определяется конвективным ламинарным теплообменом.

В этом случае температура охлаждаемой стенки:

, (2.22)

Это значение близко к принятому значению в начале. Поэтому на этом тепловой расчёт охлаждения катода можно считать завершённым [2].

2.2.2 Расчёт охлаждения анода

Полный тепловой поток в выходной электрод (анод) равен [2]:

. (2.23)

Плотность теплового потока в стенку электрода за уступом

, (2.24)

(Вт/м²).

Для дальнейшего расчёта нам необходимо принять температуру охлаждаемой стенки электрода равной температуре кипения воды при давлении , t_w = 149 ⁰C, и определяем по формуле максимально допустимый перепад температуры на стенке медного электрода:

(^ОС), (2.25)

где - температура плавления меди (1083 ⁰С).

После этого рассчитываем максимально допустимую толщину стенки электрода, при которой достигается этот перепад [2]:

(2.26)

(м).

Как и в случае расчёта охлаждения гладкого выходного электрода, необходимо при выборе толщины медной стенки руководствоваться прочностными, ресурсными и прочими соображениями. Поэтому толщину стенки выбираем меньше критической, соответственно равную 5 мм.

Температурный перепад на ней определяется по формуле:

, (2.27)

(^ОС).

Полученная величина свидетельствует о том, что в рассматриваемом случае целесообразно охлаждение выходного электрода делать общим.

Дальнейший расчёт необходимо вести, исходя из максимальной плотности теплового потока на участке электрода за уступом:

 (Вт/м²). (2.28)

где - внешний диаметр выходного электрода, равный .

Найдём значение критического теплового потока выбрав коэффициент надёжности К_охл = 5:

(Вт/м²). (2.29)

Определим среднее значение температуры воды в рубашке охлаждения анодного узла, для этого зададимся температурным перепадом на входе и выходе , и температурой на входе , тогда получим значение средней температуры:

(2.30)

Недогрев воды до температуры кипения при Н/м² равен:

(2.31)

Необходимая скорость охлаждающей воды при этом должна составить:

, (2.32)

где , , - константы уравнения, определяемые по графику 9.1 [2].

(м/с).

Тогда секундный расход воды через рубашку охлаждения составит:

. (2.33)

Величина водяного зазора в рубашке охлаждения определяется с учётом условия:

,

где:

(м). (2.34)

Исходя из конструктивных соображений примем величину водяного зазора равной м.

Для уточнения величины температуры охлаждаемой поверхности стенки и проверки режима её охлаждения найдём значения определяющих критериев (числа Рейнольдса Re, Нуссельта Nu и Прандтля Pr).

По формуле (2.17) число Рейнольдса равно:

,

где (м²/с) - кинематическая вязкость воды при .

Это число Рейнольдса соответствует развитому турбулентному течению жидкости [2].

При известном значении числа Рейнольдса найдём число Нуссельта, исходя из табличных данных критериев числа Прандтля для соответствующих температур [1]:

- число Прандтля при ;

- число Прандтля при ;[1]

- коэффициент пропорциональности.

Исходя из того, что имеем развитое турбулентное течение жидкости, число Нуссельта будет находиться по формуле:

, (2.35)

.

Зная число Нуссельта, по формуле (2.21) найдём коэффициент теплоотдачи:

,

где - коэффициент теплопроводности воды при температуре .

Для выяснения характера теплоотдачи у стенки определим плотность теплового потока, соответствующую началу кипения [2]:

(Вт/м²).

Поскольку плотность теплового потока, соответствующая началу кипения воды, больше чем максимальная плотность теплового потока, то делаем вывод, что охлаждение стенки определяется конвективным турбулентным теплообменом. В этом случае температура охлаждаемой стенки определяется по формуле (2.22):

Это значение близко к принятому значению в начале. Поэтому на этом тепловой расчёт охлаждения катода можно считать завершённым.

Средняя температура рабочей поверхности анода в зоне эрозии равна:

(^ОС), (2.41)

где - температурный перепад на стенке анода в первом приближении. Температура рабочей поверхности стенки анода в зоне эррозии ^ОС существенно ниже температуры плавления меди ^ОС.

На этом рассчёт охлаждения анода можно завершить [2].

2.3 Расчет ресурса работы плазмотрона

Ресурс работы плазмотрона принимается равным меньшему значению ресурса работы одного из электродов.

2.3.1 Расчет ресурса работы катода

В данном плазмотроне катод термохимический с циркониевой вставкой. Примем значение диаметра обоймы больше, чем диаметр разрядного канала выходного электрода: d= 8 мм.

Тогда диаметр циркониевой вставки при токе 100 А рекомендуется принять равным: d_k= 2 мм

Глубина выработки вставки: l_k= 3 мм

Тогда масса выгоревшего материала:

(кг), (2.42)

где кг/м³ - плотность циркония.

Ресурс работы катода найдём по следующей формуле [2]:

(ч), (2.43)

где G_er =1,2^.10^-11 кг/Кл - удельная эрозия катода.

2.3.2 Расчет ресурса работы анода

Определим ресурс работы анода. Для этого заменим сложный профиль изношенной части анода в месте привязки электрической дуги за уступом треугольником (рис. 2.1.) [2].

Рис. 2.1 Профиль изношенной части анода.

Примем:

- глубина эрозии, которая выбирается из условия, что она будет составлять 50% от толщины стенки анода.

Тогда масса прогоревшего материала, удаленного в результате эрозии, равна:

, (2.44)

где - плотность меди (материал анода).

Ресурс работы анода составляет:

(ч), (2.45)

где кг/Кл - удельная эрозия электрода (меди).

Таким образом, получили, что ресурс работы катода равен 52 часа, а ресурс работы катода -127 часов. Ресурсом работы плазмотрона выбирается меньший ресурс работы электрода, т.е. рассчитанный плазмотрон имеет ресурс работы 52 часа, что удовлетворяет поставленным требованиям.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАЗМОТРОНА

3.1 Вольтамперная характеристика

Вольтамперная характеристика (ВАХ) дуги отражает зависимость напряжения от силы тока при постоянстве геометрических размеров электродуговой камеры, расхода газа, его давлении в характерном сечении и других определяющих параметров [2]. Для плазмотронов с длиной дуги меньше длины самоустанавливающейся ВАХ (рис 3.1) имеет как участок падающей зависимости напряжения от силы тока (при низких токах, когда длина дуги дуга становится равной длине самоустанавливающейся), так и восходящий участок (когда рабочая длина дуги становится меньше длины самоустанавливающейся) (см. рис. 3.1):

Рисунок 3.1 - ВАХ плазмотрона с уступом

При этом рабочим участком ВАХ является именно восходящая ветвь, так как она является наиболее выгодной. Вид функции, описывающей восходящий участок ВАХ, представлен формулой (2.1). Построим график ВАХ (восходящий участок) от тока при изменении силы тока от 0 до 500А для трёх расходов газа.

ВАХ для данного плазмотрона представлена на рисунке 3.2:

U1 - G = 0.0021 кг/с; U2 - G = 0.003 кг/с; U3 - G = 0.0039 кг/с

Рисунок 3.2 - Вольтамперная характеристика плазмотрона

3.2 Тепловые характеристики

Кривая, показывающая зависимость теплового КПД от силы тока при остальных неизменных параметрах описывается выражением (2.2).

Кривая, описывающая зависимость КПД от силы тока дуги имеет падающий характер. Это объясняется тем, что при росте тока резко начинают расти тепловые потери на катоде и аноде, что в свою очередь очень сильно сказывается на тепловом КПД.

Построим графики зависимости теплового коэффициента полезного действия от тока при изменении силы тока от 0 до 500А для трёх расходов газа.

Результаты построения представлены на рисунке 3.3:

з1 - G = 0.0021 кг/с; з2 - G = 0.003 кг/с; з3 - G = 0.0039 кг/с;

Рисунок 3.3 - Зависимость теплового КПД от силы тока

Графики зависимости теплового потока в катод и анод от силы тока изображены соответственно на рисунках 3.4 и 3.5. Диапазон изменения силы тока как и для предыдущих зависимостей от 0 до 500 А. Исследования показали, что потери тепла в стенку канала плазмотрона на начальном его участке обусловлены, в основном, излучением столба дуги, тогда как на переходном и особенно на турбулентном участках потери тепла в стенку определяются главным образом конвективной теплопередачей.

Рисунок 3.4 - Зависимость теплового потока в катод от силы тока

QA1 - G = 0.0021 кг/с; QA2 - G = 0.003 кг/с; QA3 - G = 0.0039 кг/с

Рисунок 3.5 - Зависимость теплового потока в анод от силы тока

4 ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПЛАЗМОТРОНА

Качество генерации электрической дуги плазмотронами во многом определяется источником питания (ИП), который должен обеспечивать устойчивое горение дуги, поддержание заданного среднего значения тока, управление средним значением тока в диапазоне от начального до номинального, заданный уровень пульсаций, максимально возможный КПД, максимально возможное значение коэффициента мощности, обладать минимальными массогабаритными показателями и ценой.

Для рассматриваемого плазмотрона целесообразно использовать следующий источник питания: тиристорный управляемый выпрямитель с автоматической стабилизацией тока и обратной связью по току.

Напряжение холостого хода ИП должно быть больше рабочего напряжения дуги плазмотрона. Как было показано выше, рабочее напряжение на дуге плазмотрона 216 В, сила тока -100 А. Принимаем коэффициент запаса по напряжению равным 1,3. Тогда напряжение холостого хода источника питания составит:

Рекомендуется выбрать источник питания типа БЭП-40 у которого номинальное напряжение составляет 270 В, номинальная сила тока - 200 А, номинальная мощность - 54 кВт. Этот тип источника питания разработан в институте им. Е.О. Патона для комплектации установок плазменного нанесения покрытий.

ИП БЭП-40 состоит из трансформаторного блока, управляемого тиристорного выпрямителя, нерегулируемого выпрямителя для питания дежурной и вспомогательной дуг, электронного блока управления и релейной схемы управления. Рабочая дуга зажигается от управляемого тиристорного выпрямителя. Последовательно в цепь рабочей дуги подключается сглаживающий дроссель. Блок управления БЭП-40 собран по схеме Ларионова, и вся его внешняя характеристика формируется за счёт применения обратных связей по току. Масса и габариты источника определяются массой и габаритами силового трансформатора и сглаживающего реактора . К недостаткам ИП следует отнести уменьшение при регулировании напряжения вниз от номинального, искажения потребляемого из сети тока, необходимость значительной индуктивности в цепи постоянного тока.

Источник электропитания БЭП-40 рассчитан на работу с плазмотронами на воздухе, газовоздушных смесях, азоте, аргоне и смесях аргона с воздухом или азотом.

5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАЗМОТРОНА

Применение низкотемпературной плазмы в промышленно-сти позволит значительно интенсифицировать существующие технологические процессы, создать совершенно новые аппара-ты и технологию производства. Такие свойства низкотемпера-турной плазмы, как высокая температура и большая концентрация энергии в малом объеме, открывают возможность ис-пользования ее в металлургических процессах при прямом восстановлении металлов из окислов, при выращивании мо-нокристаллов и напылении, в процессе получения карбидов, нитридов, окислов металлов и т.д. Применение плазмы позво-лит исключить, или, по крайней мере, значительно ослабить проблему создания специальных огнеупоров, повысить чисто-ту получаемого продукта и т.д.

Данный плазмотрон можно использовать для поверхностной плазменной обработки металлов, что особенно важно при обработке закаливающихся сталей.

Ещё одним возможным применением плазмотрона является плазменная обработка поверхности строительных материалов. Она заключается в оплавлении и напылении лицевой поверхности. В этом случае плазменная струя является не только источником тепловой энергии, но и обеспечивает протекание различных физико-химических процессов в контактной зоне. Например, при обработке бетона его поверхность приобретает светло-зелёную окраску. Для получения поверхности другого цвета в плазменную струю подают соответствующие окислы металлов, которые и напыляются на бетон.

6 НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

В научно-исследовательской работе студента необходимо исследовать зависимость напряжения на дуге от диаметра разрядного канала до уступа. Для этого мы фиксируем все геометрические параметры плазмотрона, кроме диаметра разрядного канала до уступа, начальную температуру газа, давление газа на выходе из плазмотрона и расход газа. Вследствие того, что при одинаковом значении расхода газа при расширении или сужении разрядного канала скорость газа будет изменяться, то будут изменяться такие параметры плазмотрона, как энтальпия газа на выходе из плазмотрона (функция температуры), силы тока, напряжение и тепловой КПД. Поэтому решим систему уравнений (2.1), (2.2), (2.4), (2.5) для указанных четырёх параметров для диапазона изменения диаметра разрядного канала до уступа от 0.5d₂ до 1.5d₂ при помощи MachCAD (смотри приложение Б).

По найденным значениям напряжения дуги с изменением диаметра разрядного канала построим таблицу:

Таблица 6.1 Зависимость напряжения на дуге от диаметра разрядного канала до уступа

d2, мм	3,25	3,9	4,55	5,2	5,85	6,5	7,15	7,8	8,45	9,1	9,75
U, В	306,9	276,1	253,5	236,0	222,1	210,5	200,8	192,5	185,2	178,8	173,1

Построим график зависимости напряжения на дуге от разрядного канала (см. рис. 6.1).

Из графиков видно, что напряжение на дуге падает с увеличением диаметра разрядного канала. Это объясняется тем, что при постоянном расходе газа его скорость при расширении разрядного канала будет снижаться, что приведёт к уменьшению длины дуги. Уменьшение длины дуги в свою очередь приводит к снижению напряжения на дуге.

ВЫВОДЫ

В результате подготовки данной курсовой работы был рассчитан плазмотрон косвенного действия со следующими характеристиками: напряжение на дуге 216 В, ток дуги 100 А, тепловой КПД составляет 40%, мощность плазмотрона составляет около 21.6 кВт. Рабочий газ - воздух, начальная температура которого составляет 300 К, конечная - 2600 К. Катод - термохимический, с циркониевой вставкой. Анод - медный, с уступом. Ресурс работы плазмотрона - 52 часа. Был произведён расчет системы охлаждения электродов.

Кроме того, в научно-исследовательской работе студента была рассмотрена зависимость напряжения на дуге от диаметра разрядного канала плазмотрона до уступа. Выявлено заметное снижение напряжения дуги при расширении разрядного канала, связанное с тем, что скорость газа снижается, и уменьшается длина дуги.

В работе даны рекомендации по выбору источника питания для плазмотрона. В качестве возможного варианта источника питания для данного плазмотрона предложен источник электропитания типа БЭП-40, описаны его основные характеристики и устройство.

Рассмотрены возможные варианты его технологического использования, например, для поверхностной плазменной обработки металлов, для плазменной обработки поверхности строительных материалов.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Наука, 1972. - 720 с.

2 Основы расчета плазмотронов линейной схемы /М.Ф. Жуков, А.С.Аньшаков.

3 Быховский Д.Г. Плазменная резка. - Л.: Машиностроение, 1972. - 168с.

4 Электродуговые и высокочастотные плазмотроны в химико-металлургических процессах / В.Л. Дзюба, Г.Ю. Даутов, И.Ш. Абдуллин. - К.: Вища шк., 1991. -170 с.: ил.

5 Башенко В.В., Соскин Н.А. Электросварочное оборудование. Плазменная и электронно-лучевая обработка: Учеб. пособие. - Л.: ЛПИ, 1989. - 88 с.

6 Электродуговые плазмотроны и источники их питания. Конспект лекций / Сост. В.Л. Дзюба. - Алчевск: ДГМИ, 1993. - 57 с.

7 Промышленное применение низкотемпературной плазмы: Учеб. пособие. - Алчевск: ДГМИ, 1993. - 59 с.

Приложение А

Расчёт рабочих параметров и геометрических размеров плазмотрона в MathCAD

Приложение Б

Расчёт зависимости напряжения на дуге от диаметра разрядного канала