Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Порядок расчета следующий.
1. Диаметр разряда D2 = (0,3 4- 0,4) ?>,< = (0,3 -f- 0/1)6-10~2 = = 2,М0-2 м
2. Внутренний диаметр индуктора Di = (2 -г 3)?>г = = (2 -т- 3)2,1 • 10-2 =* 7-10-2 м.
3. Удельную поверхностную мощность определяем по графику (рис. 14). Для азота при Q = 70 л/мин и 7сР = 8000 К находим Ро ж 0,5-104 кВт/м2.
4. Мощность в плазме Рч = Рг/г|т = 230/0,9 = 25,6 кВт. Принимаем г)т = 0,9.
а — ——— = ¦............ ----------------п- «8- 10“2 м.
Р2 25,6
PqTcD2 0,5- Ю4зт2,1 - 10~2
6. Удельную электрическую проводимость газа определяем по табл. 1. Для азота при 7'ср = 8000 К принимаем (Гг = — 800 Ом-”1 -м*”1.
7. Частоту тока находим из выражения (20). Для D2/a = = 0,26 и Fо = 2,17
F0W =__________2,17- 10*
o2D\ 800(2,1 • 10 “7
Допуская некоторое понижение электрического к. п. д., выбираем частоту тока / = 5,28 МГц. Промышленностью выпускаются генераторы такой частоты, предназначенные для питания индукционных плазматронов (см. табл. 4).
8. Глубина проникновения тока в плазму
41 - 603 л/т^Г - 503 V 5,28 ¦ 10й ¦ 800 " °’77¦1Г 2 »¦
9. Глубина проникновения тока в индуктор
Д, = 503 aJ = 503 д/ 528. 10«.0,5- 108 = 0,3 ' 10 ' м‘
Для меди oi = 0,5-108 Ом^-м”1.
10. Относительная координата
Dt 2,1 • 10-2
m = —¦=— = —-----------------~0 = 1,93.
д/2 Д2 V2 *0,77- 10 2
11. Расчетные коэффициенты А и В определяем из табл. 2: /1 = /(1,93)= 0,33; В = /(1,93) = 0,8.
12. Активное сопротивление плазмы
/п2А я; • 1,932 - 0,33 „ ЛЛ
13. Активное сопротивление одновиткового (ад = 1) индуктора при g = 0,5 определяем по формуле (7):
_2
Г| «=---------g-----Л !гл-10--------- = 0,37 • ю-2 Ом.
0,5 • 10 • 8 • 10 2« 0,5 • 0.3 - 10~4
14. По формуле (8) находим внутреннее реактивное сопро-
тивление плазмы:
*2 = п----------Щ- — — 14,6 • 10“2 Ом.
8* 102 - 8 • 10 2
15. Внутреннее реактивное сопротивление индуктирующего
провода [см. формулы (10) и (7)] Ху = п = 0,37-10~2 Ом.
16. Реактивное сопротивление рассеяния индуктора
соя2(0? — Df)
----- а-----------10 ~
_ 2д5.28.|0У(7.0’--2.О10-‘' ш. 10-2 0„
8 • 10
17. Реактивное сопротивление индуктора конечной длины
<оя2?г k _7 2я5,28-106я272- 10“4
х0х=--------------------ю =--------------^---------X
а 1-й 8-10 2
X Т~?73 Х Ш_7 = 541 ‘ 10~2 °М’
где k = f(Di/a)= 0,73.
18. Коэффициент приведения активного сопротивления плазмы
-1
-
19. Эквивалентное реактивное сопротивление индуктора определяем по формуле (9):
= 0,37 • 10~2 + 0,538 {182 • 10~2 + 14,6 ¦ 10~2 +
+ [(182 • 10-2 + 14,6 • 10-2)2 + (6,03 • !0~2)2] 541 • 10-2} =
= 144,6- 10-2 Ом.
20. Приведенное активное сопротивление индуктора
г[ = сгг = 0,538 • 6,03 • 10~2 = 3,24 • 10-2 Ом.
21. Эквивалентное активное сопротивление индуктора гв-г1 + г'- 0,37 • 10"2 + 3,24 • 10“2 = 3,61 • 10~2 Ом.
19
?2. Эквивалентное полное сопротивление индуктора
= лЛэ + *з = V(3,61 • 1(Г2)2 + (144,6. 10 2)
« 144,6 • 10“2 Ом.
23. Электрический к. п. д. индуктора
г, 3,24-10-2
т,9 = =-----------=2 = 0,898.
гэ 3,61 • 10 2
24. Коэффициент мощности индуктора
гз 3,61 -КГ2 _пп<ж
COS Ф = — =-----------------ГГ
z9 144,6 «10
25. Мощность, подводимая к индуктору,
Pj = Р21т\9 *=“ 26,6/0,898 = 28,5 кВт.
26. Ток индуктора при w да» 1
I
;-JA.JJW'Jgr-M9 А.
V /•* V з,б1 • ю-2
27. Напряжение индуктора при да 1
и' = /[z3 = 889 • 144,6 • 10-2 = 1285 В.
28. Число витков индуктора
W л/Lo/L
S)J
где L0 — оптимальная индуктивность индуктора, известная из технических характеристик высокочастотного генератора; L3 — эквивалентная индуктивность индуктора.
Для генератора ВЧИ-63/5,28 Lq = 0,5 4- 1 мкГ;
L*~ 2nf “ 2я5,28 • 106 —4’36‘ 10 8 Г “ 4,36' 10 * мкГ;
w — д/(0,5 4- 1,0)/(4,36 • 1<Г2) ^ 4 витка.
29. Ток индуктора /А = lrJw = 889/4 = 222 А.
30. Напряжение индуктора U{ = == 1285 • 4 = 5140 В.
Экспериментальная проверка расчета дала следующие результаты: Р! = 26,7 кВт; СЛ = 5200 В; /, = 206 А.
Применение этого метода расчета показало, что расхождение экспериментальных данных с расчетными в некоторых случаях достигает 20—25%. Такая ошибка в инженерной практике может быть допущена.
3. ИНДУКЦИОННЫЕ ПЛАЗМАТРОНЫ
Устройство для получения индукционной плазмы носит название плазматрона. Здесь энергия электрического тока преобразуется в энергию плазмы. Имеющееся большое количество плазматронов различных типов можно разделить на две группы.
20
,-2
i
К первой относятся плазматроны без продувки газа, т. е. такие, в которых отсутствует принудительное движение газа. Они не получили большого распространения, так как здесь трудно использовать полезно энергию плазмы. Исключение составляют плазматроны без продувки газа, в которых используется излучение плазмы, например световое излучение.
Ко второй группе относятся плазматроны с продувкой газа, которые в настоящее время получили наибольшее распространение. Рассмотрим простейшую конструкцию плазматрона с продувкой газа (рис. 15). Основной его частью является разрядная камера 1, конструкция которой определяет эксплуатационные характеристики плазматрона в целом. В разрядной камере создается индукционный разряд, температуря которого достигает нескольких тысяч градусов, и от того, насколько успешно разрядная камера противостоит воздействию такой температуры, зависит ее работоспособность.
