Высокочастотный плазмотрон Советский патент 1978 года по МПК H05H1/24 H05B7/18 

(54) ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПЛАЗМОТРОН На фиг. 1 показан плазмотрон, общий вид; на фиг. 2 - форма электрода Высокочастотный плазмотрон состои из разрядной камеры 1, двух электродов 2, обхватывающих разрядную камеру и подключенных к высокочастотному ге нератору 3. Электроды 2 расположены соосно с камерой 1 и выполнены в форме тел вращения, расширяющихся в направлеНИИ к середине камеры, причем меньши радиус электрода с большим связан соотношением Г ,75-(.p.H Форма электрода определяется следующим. Так как расстояние между кол цевым участком электрода (его кромкой) , обращенным в сторону соседнего электрода, и шнуром разряда в заявля емой форме электрода больше, чем для цилиндрического электрода, то и емкостное сопротивление токам, приходящим на этот участок, будет больше, чем в цилиндрической геометрии элект рода, Таким образом, вследствие увеличения емкостного сопротивления, плотность тока, приходящего на участок электрода, обращеннь1й в сторону другого электрода, будет меньше, чем для цилиндрического электрода, а ток Ьая нагрузка будет.более однородной по поверхности электрода, Пределы отношения -Hi. определены следукйцим упрощенным расчетом, Выделим на поверхности электрода две Кольцевых зоны шириной са с радиусом К и и и рассмотрим не элек род, а лишь эти два вьщеленных кольц Сопротивление току, приходящему на первое {с радиусом R ) кольцо из подкольцевой зоны, может быть записа как. о 1 Ом, 0,( где iii -частота генератора, сек , , d - диаметр шнура разряда, см. Сопротивление же току, приходящему из той же подкольцевой зоны перво го кольца на второе кольцо, запишется как сумма сопротивлений току внут ри шнура на пути Н, равному расстоянию между кольцами, и вне шнура:

Р„ 2Ra

.,Ом , С2)

о,24-}о -иу- а

где f - сопротивление единицы длины шнура разряда, Ом/см.

Естественно, что, для того, чтобы токи, приходящие на оба кольца, были равны {т.е. чтобы были равны плотности токов сквозь стенку разрядной камеры) , необходимо равенство сопротивлений по обоим возможным путям тока.

Формула изобретения

Высокочастотный плазмотрон, содержащий цилиндрическую разрядную камеру

60 и два соосных с ней электрода в форме тел вращения, охватывающие с зазором концевые участки камеры и подсоединенные к высокочастотному генератору, отличающийся тем, что, с

55 целью увеличения ресурса работы плазПриравнивая (1) и (2), получаем: е0-г5 - о,24мо -а.а-г-Н. U) Теперь заведомо увеличим правую часть уравнения (3), взяв в качестве Я максимальное значение , и получим условие eg- 0,.R-H С4) где f - частота генератора, МГц. Результаты точного расчета формы электрода, выполненного на ЭВМ, согласуются с выведенной формулой. Из этого простейшего расчета следует также, что образующая электрода - монотонная кривая. Был проделан детальный расчет на ЭВМ формы электрода предлагаемого емкостного плазмотрона для разрядов в разных газах с разными токами в разряде. Расчет подтверждает целесообразность применения электродов с переменным радиусом при сопротивлениях шнура разряда, превышающих 20 Ом/см для разряда в воздухе с продувом газа 30 л/МИв и при сопротивлениях 100 Ом/см для разрядов с продувами газа 30 л/мин. В опытном образце плазмотрона использовался ВЧ генератор с рабочей частотой 150 МГц и колебательной мощностью 10 кВт. Генератор через повышающий трансформатор соединен с возбуждающими электродами, имеющими форму боковой поверхности усеченного конуса. Большой диаметр каждого электрода 80 мм/ малый - 40 мм, ширина 40 мм. Электроды обхватывают кварцевую камеру диаметром 28 мм. Расстояние между электродами 90 мм. Приведенные размеры-электродов удовлетворяют условию (4) в случае, если R i 165 Ом/см, что реально для разрядов в водороде при малой степени ионизации. Применение таких электродов позво ляет осуществить емкостной шнуровой разряд в водороде при атмосферном давJfleнии, в то время как в плазмотроне с цилиндрическими электродами камеры растрескивались от больших тепловых нагрузок. мотрона путем уменьшения тепловой нагрузки на камеру, электроды вьшолнены монотонно расширяющимися в направлении к середине камеры, причем меньший радиус электрода связан с больишм соотношением -п вГ R 0. где R - меньший радиус электрода, см больший радиус электрода, см;

Ф(1е.2 f - частота генератора, МГц; Г - сопротивление шнура разряда на единицу длины. Ом/см; Н - длина электрода вдоль камеры Источники информации, принятые во имание при экспертизе: 1.Физика и химия обработки матеалов, 4, 1.975 с. 3. 2.ЖТФ, 45, в. 3, 1975, с. 675.