Импульсно-периодический плазмотрон

23 10/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Чивель Юрий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Импульсно-периодический плазмотрон, содержащий блок питания и разрядное устройство, включающее последовательно расположенные блок генерации и ввода плазмы и ускорительный канал в виде коаксиально расположенных электродов анода и катода, которые подключены к блоку питания, отличающийся тем, что блок питания выполнен в виде импульсно-периодического блока питания, а блок генерации и ввода плазмы - в виде установленного в глухом торце ускорительного канала диска, с размещенными по периметру микроплазмотронами непрерывного действия в количестве, зависящем от величины массового расхода рабочего газа плазмотрона. 6818 1 Данное изобретение относится к области физики и техники плазмотронов и ускорителей плазмы и может быть использовано при разработке источников высокоинтенсивных плазменных потоков для модификации свойств поверхности материалов и покрытий. Известна установка Рапид-5 АВ (Камруков А.С., Овчинников П.А., А.Г. Опекан А.Г.,Протасов Ю.С. //Радиационная плазмодинамика, - М. Энергоатомиздат, 1991, т. 1, с. 564566), содержащяя плазмодинамическую головку (разрядное устройство) в виде магнитоплазменного компрессора эрозионного типа, установленного в сопловом конфузорном насадке, имеющем патрубки, соединенные с системой подачи газа. Генерация высокоэнтальпийных высокоскоростных плазменных потоков осуществляется в результате кумуляции и ускорения эрозионной плазмы собственным магнитным полем разрядного тока. Установка может работать с частотой до 1 Гц в вакууме и газах нормального давления. Недостатком данной установки является высокий уровень шума при работе в условиях нормального давления, связанного с образованием ударной волны при периодическом срабатывании магнитоплазменного компрессора. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является описанный в статье Тюрина Ю.Н., Колесниченко О.В., Цыганкова Н.Г. (Автоматическая сварка, 2001,1, с. 38-44.) импульсно-периодический плазмотрон, содержащий разрядное устройство, которое состоит из блока формирования горючей газовой смеси и инициирования ее детонационного сгорания, в виде детонационной камеры, и ускорительный канал в виде коаксиально расположенных электродов - анода и катода. При инициировании детонации ионизированные продукты сгорания поступают в межэлектродный зазор ускорительного канала и перемыкают его. Электропроводный слой продуктов сгорания ускоряется в межэлектродном промежутке под действием электродинамических и газодинамических сил, формируя плазменную струю. Устройство работает при нормальном давлении с частотой до 1 Гц. Недостатком данного устройства является высокий уровень шума, генерируемого при периодическом срабатывании прежде всего детонационной камеры, что вынуждает располагать устройство в специальном звукоизолированном помещении, а также невозможность повышения частоты срабатывания, ограниченной частотой срабатывания детонационной камеры. Задачей данного изобретения является создание импульсно-периодического плазмотрона с высокой частотой (до 100 Гц) генерации импульсных плазменных потоков, работающего при нормальном давлении при низком уровне шума при работе, что обеспечит увеличение скорости обработки и улучшение условий труда при плазменной модификации свойств материалов и покрытий. Для выполнения поставленной задачи предложен импульсно-периодический плазмотрон, который содержит блок питания и разрядное устройство, включающее последовательно расположенные блок генерации и ввода плазмы и ускорительный канал в виде коаксиально расположенных электродов - анода и катода, которые подключены к блоку питания. Новым, по мнению автора, является то, что блок питания выполнен в виде импульснопериодического блока питания, а блок генерации и ввода плазмы - в виде установленного в глухом торце ускорительного канала диска, с размещенным по периметру микроплазмотронами непрерывного действия в количестве, зависящем от величины массового расхода рабочего газа плазмотрона. Сущность изобретения поясняется чертежом, изображенным на фигуре, на котором представлен общий вид предлагаемого плазмотрона. Импульсно-периодический плазмотрон состоит из блока питания 1, блока генерации и ввода плазмы 2 и ускорительного канала в виде коаксиально расположенных электродов анода 3 и катода 4. Анод может быть выполнен сплошным цилиндрическим или из набора цилиндрических стержней, охваченных керамическим цилиндрическим экраном 5. Катод 2 6818 1 3 выполнен профилированным с начальным участком, изолированным керамической трубкой 6. Все элементы ускорительного канала выполнены охлаждаемыми. Блок генерации и ввода плазмы 2 выполнен в виде набора микроплазмотронов 7 на керамическом основании, представляющих из себя генераторы плазмы с самоустанавливающейся и фиксированной длиной дуги с помощью межэлектродной вставки (МЭВ), работающие в непрерывном режиме. У генераторов с МЭВ мощность и энтальпию плазменной струи можно изменять как за счет изменения тока разряда, так и напряжения разряда, которое определяется диаметром канала МЭВ и межэлектродным расстоянием. Параметры микроплазмотрона диаметр канала МЭВ 3-5 мм при длине 20 мм. Токи разряда 20-30 А при расходах газа 2-10 л/мин. На выходе микроплазмотрона плазменная струя имеет среднемассовую температуру 4000-8000 К и скорости 100-500 м/с. При фиксированных параметрах дуги род плазмообразующего газа определяет уровень среднемассовой температуры плазменной струи. Импульсно-периодический плазмотрон работает следующим образом. Генерируемые блоком микроплазмотронов плазменные струи заполняют ускорительный канал и примишенную область, создавая область плазмы пониженной плотности. На промежуток катоданод ускорительного канала подается высокое импульсно-периодическое напряжение, вызывающее периодический пробой промежутка в наиболее узком месте и ускорение образующегося плазменного сгустка вдоль оси ускорительного канала. При импульсных напряжениях 3-5 кВ температура плазменного потока достигает 15000-20000 К при скорости истечения 106 см/с. Функционирование ускорительного канала в условиях пониженной плотности плазмы резко уменьшит шумовые эффекты, а достаточно высокие ее параметры обеспечат симметричность и однородность разряда в ускорительном канале, что улучшит воспроизводимость работы плазмотрона и увеличение полной энергии плазменного потока. Частота генерации высокоэнергетического плазменного потока ограничивается величиной массового расхода рабочего вещества плазмотрона и параметрами блока питания. Существующие импульсно-периодические высоковольтные блоки питания устойчиво работают с частотой до 100 Гц. Таким образом, предлагаемый импульсно-периодический плазмотрон обеспечивает получение импульсных плазменных потоков с частотой до 100 Гц, работает при нормальном давлении, при низком уровне шума при работе, что обеспечит увеличение скорости обработки и улучшение условий труда при плазменной модификации свойств материалов и покрытий. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.