(54) УСТАНОВКА ДЛЯ НАГРЕВА И БЕСКОНТЕЙНЕРНОГО УДЕРЖАНИЯ ВЕЩЕСТВА В ВАКУУМЕ
Нзобретение относится к электротех11ике, а именно к нагревательным устройствам, используемым в метал лургин и технологии неорганических материалов, осуществляемых преимуDtecTseHHO в условиях бесконтейнерного удержания с использованием источников плазменного нагрева. Известна установка для нагрева вещества, использующая явление элект ромагнитной индукции. Она содержит источники нагрейа (индукционные катушки, источники электропитания с регуляторами напряже1шя, блок управления, камеру, в которой располагается нагреваемое вещество. Благодаря ,явлению индукции при прохождения переменного тока по катушкам в обра це индуцируются соответствующие токи которые приводят к нагреву образца, а взаимодействие наведенных в образ це токов с токами в катушке создает силу, которая может быть использова ДЛЯ бесконтейнерного удержания вещества fl . Однако эта установка обладает малым КПД и ограниченным выбором наереваемых веществ (с металлической проводимостью) . Известна также установка для нагрева и бесконтейнерного удержания вещества в вакууме, содержащая вакуумную камеру, источники плазмы, например ускорители с анодным слоем, расположенные внутри камеры по верщинам правильного многоугольника, например, тетраэдра, образующего объем для размещения нагреваемого вещества, емкость для хранения рабочего тела, соединенную с узлами подачи рабочего тела в каждый ускоритель 2. Недостатком этой установки является отсутствие возможности быстрого охлаждения - регулирования скорости нагрева вещества.
Цель изобретения - улучшение ка,чества вещества путем регулирования скорости его нагрева.
Для достижения цели в стенки камеры введены соединенные через регуляторы расхода с емкостью хранения рабочего тела сопла, число которых кратно двум, а оси противолежащих сопел расположены на прямых, проходящих через центр многоугольника.
На фиг.1 показана установка в целом; на фиг.2 - ускоритель с анодным слоем, принципиальная схема.
Источники плазмы 1-4 размещены в вакуумной камере 5 так, что они образут правильную пространственную фигуру, например тетраэдр, в вершинах которой находятся эти источники. В центре .тетраэра размещено нагреваемое вещество 6. На вещество направлены выходные сечения, по меньшей мере, двух встречно расположенных сопел 7 и 8, соединенных через регуляторы расхода газа 9 и 10с баками хранения 11. Регулятор расхода связан с блоком 12 управления. На фиг.1 не показаны датчики положения и температуры вещества, осуществляющие обратную связь через блок управления Ускоритель с анодным слоем содержит магнит 3, в рабочем зазоре которого расположены анод-парораспределитель 14 и электроды ускорительной камеры 15 и 16, подсоединенные к положительным полюсам последовательно соединенных источников-электропитания 17 и 18. К отрицательному полюсу источника 18 подсоединен нейтрализатор 19. Источники электропитания связаны с блоком 12 управления. Бак хранения рабочего тела ускорителя и регулятор его расхода на схеме не показаны. Оки связаны с ускорителями трактом 20.
Устройство работает следующим образом.
Вещество предварительно размещают например, механическим способом с помощью перемещаемого держателя, в зону взаимодействия его с потоком плазмы (в центр тетраэдра) . Откачивают вакуумную камеру. Затем подают напряжение с помощью регуляторов на источники электропитания 17 и 18 каждого источника плазмы 1 - 4. С помощью регуляторов расход 9 и 10 пропускают пары рабочего в каждый ускоритель нерез анод-парораспределитель 14. Пары рвбочего тела ионизуются в первой ступени ускорителя - области, образованной электродами 14 и 15, подсоединенными к источнику электропитания 17. Ионы, полученные в первой ступени, ускоряются во второй, образованной электродами 15 и 16, соединеными с источником электропитания 18. Пространственный заряд ускоренного ионного пучка и величина тока автоматически компенсируются с помощью нейтрализатора 19, работающего, например, по принципу полого катода.
Квазинейтральный ионный пучок (поток плазмы) направляется ( благодаря выбранному расположению и ориентации источников плазмы в пространстве) на нагреваемое вещество. Регулированием мощности источников плазмы изменяют температуру вещества. При этом плазменными потоками удерживают вещество в центре фигуры между источниками плазмы без контакта со стенками, т.е. осуществляют бесконтейнерное удержание вещества.
После разогрева вещества (расплава) осуществляют его охлажде1ше. Для этого, например, быстро отключают напряжение на источниках плазмы и подают через регуляторы 9 и 10.и сопла 7 и 8 рабочий газ на образец. Характерное время отключения источников электропитания Т 10 С- Такого же порядка величины и время срабатывания регулятора подачи газа в сопла.
При попадании встречных потоков газа на нагретое вещество (расплав происходит изменение формы образцу. , Расплав принимает форму эллипсоида вместо шара, при этом происходит увеличение поверхности расплава. Это ведет к росту излучаемой образцом энергии, запасенной при нагреве. Кроме увеличения излучаемой энергии происходит отвод мощности набегаю1Цими потоками газа. Таким образом, формирование встречных потоков газа на образец приводит одновременно как к быстрому охлаждению, так и к изменению его формы. Это значит, что при затвердевании возможно получение образца эллипсоидальной формы.
В результате изменения формы нагреваемого образца можно увеличить излучаемую мощность в несколько раз и обеспечить высокую скорость охлаждения. Скорость охлаждения увеличивается при снятии мощности набегаюшим потоком. Регулированием расхода рабочего тела возможно обеспечить заданную скорость охлаждения расплав что может привести к значительному улучшению характеристик получаемого продукта, например, стекла.
Формула изобретения
Установка для нагрева и бесконтейнерного удержания вещества в вакууме, содержащая вакуумную камеру, источники плазмы, например ускорители с анодным слоем, расположенные внутри камеры по вершинам правильног многоугольника, например, тетраэдра, образующего объем для размещения нагреваемого вещества, емкость для хранения рабочего тела, соединенную
с узлами подачи рабочего тела в каждый ускоритель,о тличающаяс я тем, что, с целью улучшения качества вещества путем регулирования
скорости его нагрева в стенки камеры введены соединенные через регуляторы расхода с емкостью хранения рабочего тела сопла, число которых кратно двум, а оси противолежащих сопел
расположены на прямых, проходящих через центр многоугольника.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
М., 1975, с. 81.
