Исследование тепловых и электрических характеристик плазмотрона с самоустанавливающейся длиной дуги

• Автор: Меркулов, Валерий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ

1Л. Использование плазмотронов в современных технологиях

1.2. Классификация электродуговых плазмотронов

1.3. Плазмотроны линейной схемы

1.3 Л. Средняя длина электрической дуги

1.3.2. Вольт-амперные характеристики плазмотронов линейной схемы

1.4. Плазмотрон линейной схемы с расширяющимся каналом выходного электрода

1.5. Особенности горения электрической дуги с самоустанавливающейся длиной в плазмотронах
1.6. Основные параметры электрической дуги с самоустанавливающейся длиной
1.7. Выводы по главе
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ С
САМОУСТАНАВЛИВАЮЩЕЙСЯ ДЛИНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ..
2.1. Экспериментальная установка и методика измерений
2.1.1. Генератор плазмы
2.1.2. Схема измерения электрических параметров
2.1.3. Схема измерение тепловых параметров
2.1.4. Измерение динамических параметров
2.2. Автоматизированная система сбора и первичной обработки экспериментальных данных
2.3. Погрешности измерений
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
3.1. Методика обработка экспериментальных данных
3.1.1. Последовательность работы секций и характерные режимы горения электрической дуги в канале плазмотрона
3.1.2. Средняя длина электрической дуги
3.1.3. Скорость движения анодного пятна
3.1.4. Оценка размеров анодного пятна электрической дуги
3.1.5. Плотность электрического тока и тепловыделение в анодном пятне

3.1.6. Сопоставление тепловых потоков в анодные секции и соответствующих времен пребывания дуги
3.1.7. Локальные значения напряженности электрического поля дуги
3.2. Одномерная модель течения газа в канале плазмотрона
3.2.1. Тестирование модели
3.3. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОВЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАЗМОТРОНА С САМОУСТАНАВЛИВАЮЩЕЙСЯ ДЛИНОЙ ДУГИ
4.1. Особенности режимов горения электрической дуги в канале плазмотрона
4.2. Средняя длина электрической дуги
4.3. Скорость движения анодного пятна
4.4. Оценка размеров анодного пятна электрической дуги
4.5. Плотность электрического тока и тепловые потоки в анодном пятне
4.6. Напряженность электрического поля дуги
4.7. Локальные тепловые потоки в анодные секции плазмотрона
4.7.1. Плазмотрон с цилиндрическим секционированным анодом
4.7.2. Плазмотрон с коническим секционированным анодом
4.8. Тепловые потоки в анодные секции и времена пребывания электрической дуги на соответствующих секциях
4.9. Плотности тепловых потоков в анодном пятне электрической дуги
4.10. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Список сокращений:
ГНП - генератор низкотемпературной плазмы МЭВ - межэлектродная вставка ВАХ — вольт-амперная характеристика АТС - автоматический гребнесмазыватель КПД - коэффициент полезного действия
Список условных обозначений:
С - расход плазмообразующего газа Лют - номинальное значение тока
1-1о- значения токов, протекающих через секции №1-10, соответственно
ика - падение напряжения дуги
£ЛсЦ - напряжение осциллятора
ия - дежурное напряжение
£/раб - рабочее напряжение
Пкатод - расход охлаждающей воды, протекающей через катод Л*сопло - расход охлаждающей воды, протекающей через сопло ОгСю - расход охлаждающей воды, протекающей через секции №1-10, соответственно
Лол _ температура водопроводной воды 1Катод - температура воды на выходе из катода /СОШ1о - температура воды на выходе из сопла
/і-/і о - температура воды на выходе из секций №1-10, соответственно
АР - перепад давления на сужающей диафрагме
Р0 - давление на входе в расходомерный участок
К - коэффициент
С? - тепловой поток
I - длина электрической дуги
Т— время работы /'-ой секции
X; - координата центра /'-ой секции
Т - общее время эксперимента
№ - количество моментов времени, в течение которых дуга была привязана к
/'-ой секции
Ат - шаг по времени
ті - момент времени, когда дуга «уходит» с секции Ту - момент времени, когда дуга «приходит» на секцию Уп - скорость движения анодного пятна по п-ой секции V - средняя скорость движения анодного пятна между двумя секциями

В работах [33, 59-63] приводятся результаты экспериментальных и теоретических исследования механизмов, обуславливающих специфические колебания напряжения в плазмотронах с самоустанавливающейся длиной электрической дуги. Однако полное понимание и установившаяся теория, объясняющая физические механизмы, приводящие к возникновению колебаний напряжения горения дуги в плазмотронах, так и не появились.
В работе [64] были проведены широкомасштабные автоматизированные исследования характеристик пульсационных процессов в плазмотронах постоянного тока с цилиндрическим и расширяющимся каналами выходного электрода, которые позволили получить количественные характеристики, а также сделать выбор в пользу механизма шунтирования, связанного с электродинамическим взаимодействием в канале различных участков токового шнура с потоком плазмообразующего газа. Анализ динамики токового шнура электрической дуги позволил получить формулу, определяющую зависимость характерной частоты колебаний напряжения дуги дуге от внешних параметров задачи: номинального значения тока электрической дуги, расхода рабочего газа и характерного диаметра канала.