ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПЛАЗМОТРОН Российский патент 1997 года по МПК H05B7/18 

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано при создании плазмотронов большой мощности для нагревания до высоких температур самых разнообразных газов и других плазмообразующих веществ, а также в лазерной технике, в которой для возбуждения атомов или ионов и получения инверсной заселенности используется электрический разряд.

В настоящее время основными источниками получения низкотемпературной плазмы являются плазмотроны постоянного тока и плазмотроны ВЧ- и СВЧ-диапазонов тока.

Основным недостатком плазмотронов постоянного тока является сравнительно малый ресурс работы электродов (катод, анод) особенно при повышении мощности плазмотронов. Плазмотроны ВЧ и СВЧ-диапазона токов требуют сложных и дорогостоящих источников питания и у них малы коэффициенты связи для вводимой в плазму электрической мощности.

Из литературных данных [1 и 2] известно, что индукционный электрический разряд замкнутой конфигурации на сравнительно невысоких частотах до 10 кГц может быть осуществлен, когда плазменный виток является вторичной обмоткой трансформатора. Описанные в литературе [1 и 2] экспериментальные устройства для осуществления разрядов трансформаторного типа представляли собой трансформатор с Ш-образным магнитопроводом, на котором имелась первичная обмотка и вторичной обмоткой являлась замкнутая кварцевая разрядная камера, охватывающая центральный магнитопровод, в которой и осуществлялся непосредственно электрический разряд низкого давления 0,1 40 кПа.

Недостатком описанных устройств является то, что применяемые плазменные камеры из кварца не технологичны и не пригодны для создания плазмотронов большой мощности, так как не способны пропустить большие тепловые потоки, идущие в стенку от разряда. Кварцевые камеры, а также камеры из диэлектриков, кроме вышеуказанных недостатков, не выдерживают ударных нагрузок, возникающих при неустойчивом характере разряда.

Неустойчивый характер разрядов трансформаторного типа при давлении в разрядной камере 0,3-0,4 атм не позволил в описанных устройствах [1 и 2] поднять давление в разрядной камере до атмосферного, что снижало диапазон применения плазмотронов трансформаторного типа. В тоже время применение сплошной металлической плазменной камеры практически невозможно, так как она экранирует проникновение электрического поля, необходимого для возникновения и поддержания разряда.

Цель изобретения увеличение мощности в разряде при расширении диапазона давлений до атмосферного и использовании в качестве рабочего газа как инертных (гелий, аргон), так и молекулярных газов (водород, кислород, CO₂) или воздуха.

Цель достигается тем, что в известном трансформаторном плазмотроне, содержащем трансформатор, выполненный в виде сердечника и первичной обмотки, и охватывающую сердечник замкнутую водоохлаждаемую разрядную камеру с узлами ввода газа и вывода плазмы, расположенными на противоположных участках камеры, разрядная камера выполнена из электроизолированных друг от друга металлических секций, узел ввода газа снабжен завихрителем, а трансформатор снабжен по меньшей мере еще одним дополнительным магнитопроводом с индивидуальной первичной обмоткой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый плазмотрон отличается выполнением разрядной камеры и трансформатора.

Таким образом, заявляемый плазмотрон соответствует критерию изобретения "новизна".

На чертеже схематически представлено сечение трансформаторного плазмотрона.

Трансформаторный плазмотрон содержит трансформатор, состоящий из нескольких магнитопроводов 1 с индивидуальными первичными обмотками и замкнутую водоохлаждаемую разрядную камеру 2, выполненную из электроизолированных друг от друга металлических секций 3, между которыми помещены изолирующие прокладки 4, с узлом ввода газа, снабженного завихрителем 5 и узлом вывода плазмы 6. Камера снабжена вспомогательными электродами 7 для поджига тлеющего разряда.

Трансформаторный плазмотрон работает следующим образом.

Предварительно осуществляется продувка газа. На вспомогательные электроды 7 подается напряжение порядка 3 кВ от повышающего неонового трансформатора, зажигается тлеющий разряд при давлении 10^-2-10^-1 мм.рт.ст. Если плазменный трансформатор обеспечивает необходимое напряжение для горения дуги на вторичном витке, то возникает устойчивый разряд. При этом неоновый трансформатор отключается. При подаче газа в завихритель 5 давление газа возрастает до атмосферного и осуществляется стабилизация дуги потоком газа.

В предлагаемом изобретении за счет выбранной конструкции трансформатора и металлической водоохлаждаемой секционной разрядной камеры с вихревой стабилизацией дуги потоком газа может быть достигнуто увеличение мощности в разряде определяемой мощностью источника питания и получение устойчивого разряда при давлениях вплоть до атмосферного в инертных и молекулярных газах.

Использование: высокотемпературный нагрев газов в плазмотронах большой мощности. Сущность изобретения: замкнутая водоохлаждаемая камера выполнена из изолированных друг от друга металлических секций, узел ввода газа, расположенный противоположно узлу вывода плазмы, снабжен завихрителем, а охватывающий камеру трансформатор выполнен из нескольких магнитопроводов с индивидуальными обмотками. 1 ил.

Трансформаторный плазмотрон, содержащий трансформатор, выполненный в виде сердечника и первичной обмотки, и охватывающую сердечник замкнутую водоохлаждаемую разрядную камеру с узлами ввода газа и вывода плазмы, расположенными на противоположных участках камеры, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности плазмотрона при расширении диапазона давлений до атмосферного и использования как инертных, так и молекулярных газов, разрядная камера выполнена из электроизолированных одна от другой металлических секций, узел ввода газа снабжен завихрителем, а трансформатор снабжен по меньшей мере одним дополнительным магнитопроводом с индивидуальной первичной обмоткой.