Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
(16)
При т > 6 л/2/(тЛ) « I; электрический к. п. д. индукционного плазматрона достигает предельного значения
¦ь-'/О+Йл/й-
(17)
%
0,9
0,7
0,5
0J
7/
Г2
/
т
На рис. 13 приведены графические зависимости электрического к. п. д. индукционного плазматрона от относительной координаты т для воздуха, рассчитанные по формуле (1G). Средние значения удельной электрической проводимости плазмы взяты из табл. 1: о2 — 4000 Ом-’-м-1 для аргона и о2 — 1000 Ом-'-м-1 для воздуха. Удельная электрическая проводимость меди индуктора О] —
= 0,5-10» Ом”1 -м”1.
Как видим, электрический к. п. д. плазматрона при правильно выбранных параметрах достигает весьма высокого значения. Это объясняется низкими величинами удельной электрической проводимости плазмы, которая, например, на три порядка ниже удельной проводимости стали (10G Ом-1 • м—*). С этой точки зрения применение индукционного способа нагрева для ионизованного газа выгодно, так как процесс протекает с
очень небольшими потерями электрической энергии в плазматроне.
Выбор частоты тока. Выбор частоты тока для питания индукционного плазматрона должен обеспечить высокий к. п. д. Нижний предел частоты тока можно оценить, используя выражение (16), справедливое для длинного индуктора, т. е. при Dzla < 1. Если условиться, что к. и. д. индуктора не должен быть меньше 0,95 его предельного значения, то для случая плдемы аргона, имеющей наибольшую удельную электрическую проводн-
Рис 13 Электрический к. гг д. индукционного плазматрона, работающего на воздухе: /-D,/D2= 2; 2—DJzD = 3
16
мость среди рассматриваемых газов сг4000 Ом~т*м""!, получим т ^ 1,5. Нижний предел частоты в этом случае определится соотношением
/>280Д>|. (18)
Соответственно для воздушной плазмы, имеющей о2 *=* *= 1000 Ом_1-м_1, получим m ^ 1,2 и
f>730/D^. (19)
Оценка частоты тока по выражению (19), очевидно, обеспечит высокий к. и. д. и для случая плазмы аргона. Оценка нижнего предела частоты тока по выражениям (18) и (19), однако,
справедлива лишь для длинного индуктора. При определении частоты тока для случая D2/a > 0,1 следует пользоваться выражением
/ > F/Dl (20)
где F = Го 10°/гг2.
Значения /;о для случая Di/D2 = 2 -г- 2,5 и разных значений D2/a приведены ниже.
D2/a . . . О 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0
F0 .... 1,0 1,9 2,8 3,8 5,1 6,3 17,7
Например, для характерного случая D2/a=*= 1,0 и плазмы аргона имеем
/ > f0106/ (ofo) = 6,3. 106/(о|4 • 103) =. 1,6 . 103 /о].
3. Минимальный диаметр индукционного разряда D2 (м) для различных частот тока
(при j02/л =» 1, Dx!D2 = 2)
Газ Минимальный диаметр разряда D2 при частоте тока, МГц
0,004 0,01 0,44 1,76 5,28 13,56
Аргон, сг = 4000 Ом-^м-1 0,63 0,4 Ю,06 0,03 0,017 0,011
Воздух, tt2= ЮОООм-1 • м-1 1,26 0,8 0,12 0,06 0,034 0,022
Исходя из выражения (20) и задаваясь некоторыми значениями частоты тока, разрешенными для промышленного применения, можно определить минимальный диаметр разряда, при котором еще обеспечивается достаточно эффективная передача мощности в плазму (табл. 3). Из таблицы следует, что если предполагается работать с различными газами, то частоту тока следует выбирать применительно к газу с наименьшей удельной проводимостью.
16
Для расчета составляющих электрических сопротивлений системы индуктор — плазма необходимо знать основные геометрические размеры плазматрона: внутренний диаметр индуктора Оь диаметр разряда D2 и длину столба разряда а, принятую нами равной длине индуктора. При этом мы будем считать заданными из условий технологического процесса газ и его расход, среднюю температуру Тс?, а также диаметр разрядной камеры DK. Для этого случая можно по графикам, полученным опытным путем (рис. 14), определить удельную мощность р0, приходящуюся на единицу боковой поверхности столба плазмы.
Диаметр разряда на основании экспериментальных данных принимается равным: для аргона и воздуха D2 = (0,6 0,8) Д<;
Рис 14. Средняя температура разряда в зависимости от удельной поверхностной мощности при расходе газа ~280 л/мин (1 —• аргон; 3 — кислород; 5 — азот; 7 — воздух); расходе газа ~70 л/мин (2 — аргон;
4 — кислород; 6 — азот; 8 — воздух)
для кислорода D2 — (0,5 — 0,7) Ок; для азота D2 = (0,34-0,4) Меньший диаметр соответствует большим расходам газа. Внутренний диаметр индуктора по конструктивным соображениям принимаем равным D\ = (2 4-3)D2.
Мощность в плазме определится из выражения
Р2 = po7cD2a. (2\)
Задача становится более определенной, если задана и тепловая
мощность газового потока Рг. В этом случае мощность в плазме
Я2 - Рг/%. (22)
Для обеспечения эффективной работы тепловой к. п. д. плазматрона rjr принимается равным 0,9.
Длина столба плазмы
а ж P2/(p0TcD2). (23)
На практике следует стремиться к небольшой длине столба плазмы, т. е. применять короткие индукторы. При этом условии потери мощности газового потока будут минимальными.
’ - 17
Пример расчета системы индуктор — плазма. Заданы: плазмообразующий газ — азот при расходе Q = 70 л/мин и ТСР = = 8000 К; Рг = 23 кВт; DK = 6-10~2 м.
