Плазмотрон

Плазменная горелка

Плазмотро́н (дословно — «генератор плазмы») — техническое устройство, в котором при протекании электрического тока через разрядный промежуток образуется плазма, используемая для обработки материалов или как источник света и тепла.

История создания

Первые плазмотроны появились в середине XX века в связи с появлением устойчивых в условиях высоких температур материалов и расширением производства тугоплавких металлов. Другой причиной появления плазмотронов явилась элементарная потребность в источниках тепла большой мощности. Замечательными особенностями плазмотрона как инструмента современной технологии являются:

  • Получение сверхвысоких температур (до 150 000 °C, в среднем получают 10 000—30 000 °C), недостижимых при сжигании химического топлива.
  • Компактность и надёжность.
  • Лёгкое регулирование мощности, лёгкий пуск и остановка рабочего режима плазмотрона.

Типы применяемых плазмотронов

Электродуговые:

  • С прямой дугой.
  • С косвенной дугой.
  • С электролитическим электродом (электродами).
  • С вращающейся дугой.
  • С вращающимися электродами.

Высокочастотные:

  • Индукционные
  • Ёмкостные

Комбинированные:

Работают при совместном действии токов высоких частот (ТВЧ) и при горении дугового разряда, в том числе с сжатием разряда магнитным полем.

Области использования плазмотронов

  • сварка и резка металлов и тугоплавких материалов
  • нанесение ионно-плазменных защитных покрытий на различные материалы (см. Плазменное напыление)
  • нанесение керамических термобарьерных, электроизоляционных покрытий на металлы (см. Плазменное напыление)
  • подогрев металла в ковшах при мартеновском производстве
  • получение нанодисперсных порошков металлов и их соединений для металлургии
  • двигатели космических аппаратов
  • термическое обезвреживание высокотоксичных органических отходов
  • Синтез химических соединений (например синтез оксидов азота и др., см. Плазмохимия)
  • Накачка мощных газовых лазеров.
  • Плазменная проходка крепких горных пород.
  • Безмазутная растопка пылеугольных котлов электростанций.
  • Расплавление и рафинирование (очистка) металлов при плазменно-дуговом переплаве.

Особенности применяемых материалов в конструкции

Дуговые плазмотроны

Устройство плазмотрона с продольной стабилизацией дуги

Плазменная горелка дугового плазмотрона имеет по меньшей мере один анод и один катод, к которым подключают источник питания постоянного тока. Для охлаждения используют каналы, омываемые обычно водой.

Высокочастотные плазмотроны

Устройство промышленного высокочастотного индукционного плазмотрона

Высокочастотные плазмотроны являются безэлектродными и используют индуктивную или ёмкостную связь с источником мощности. Поскольку для прохождения высокочастотной мощности сквозь стенки разрядной камеры, последняя должна быть выполнена из непроводящих материалов, в качестве таковых, как правило используется кварцевое стекло или керамика. Поскольку для поддержания безэлектродного разряда не требуется электрического контакта плазмы с электродами, применяют газодинамическую изоляцию стенок от плазменной струи, что позволяет избежать их чрезмерного нагрева и ограничиться воздушным охлаждением.

Применение таких химически устойчивых материалов позволяет использовать в качестве рабочего тела воздух, кислород, пары воды, аргон, азот и другие газы.

СВЧ плазмотроны

Плазмотроны данного типа основаны на сверхвысокочастотном разряде, как правило в резонаторе, сквозь который продувается плазмообразующий газ.

Литература

  • Жуков М.Ф. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны). — М.: Наука, 1973. — 232 с.
  • Ю. П. Конюшная. Открытия советских учёных. — Ч. 1. — М.: Изд-во МГУ, 1988.
  • Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988. — 255 с. — ISBN 5-06-001480-0.
  • Виноградов М.И., Маишев Ю.П. Вакуумные процессы и оборудование ионно - и электронно-лучевой технологии. — М.: Машиностроение, 1989. — 56 с. — ISBN 5-217-00726-5.

Примечания

См. также

Ссылки