Импульсно-периодический плазмотрон

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Минько Дмитрий Вацлавович Кузнечик Олег Ольгердович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Импульсно-периодический плазмотрон, содержащий блок импульсно-периодического питания и разрядное устройство с последовательно расположенными ускорительным каналом в виде установленных коаксиально электродов анода и катода, подключенных к блоку импульсно-периодического питания, и блоком генерации и ввода плазмы, установленным в глухом торце ускорительного канала и выполненным в виде диска с размещенными по периметру плазмотронами непрерывного действия, выходные отверстия которых направлены в межэлектродный промежуток ускорительного канала, отличающийся тем,что торцы анода и катода со стороны блока генерации и ввода плазмы выполнены в виде последовательно расположенных фланцев, разделенных диэлектрическим кольцом из высокотемпературного теплостойкого материала толщиной большей, чем минимально допустимая величина межэлектродного промежутка ускорительного канала, во фланце катода выполнены сквозные отверстия, количество и расположение которых соответствует количеству и расположению плазмотронов непрерывного действия, установленных с возможностью изменения направления осей выходных отверстий относительно оси ускорительного канала. 16022 1 2012.06.30 2. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что анод и катод выполнены полыми с возможностью подачи в полости охлаждающей субстанции. 3. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическое кольцо выполнено из высокотемпературной керамики. 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. Известен импульсно-периодический плазмотрон 1, содержащий импульсно-периодический блок питания и разрядное устройство, включающее последовательно расположенные ускорительный канал в виде коаксиально расположенных электродов анода и катода цилиндрической или конической формы, которые подключены к блоку питания, и блок генерации и ввода плазмы, выполненный в виде установленного в глухом торце ускорительного канала плазмотрона непрерывного действия, выходное отверстие которого соединено с ускорительным каналом расширяющимся соплом с рассекателем. Недостатками данного устройства являются высокие потери энергии на входе и нестабильность энергетических характеристик на выходе, вызванные неоднородностью распределения плазменной струи, генерируемой единственным плазмотроном непрерывного действия, по сечению межэлектродного промежутка, связанные с применением сопла с рассекателем. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является импульсно-периодический плазмотрон 2, содержащий импульсно-периодический блок питания и разрядное устройство, включающее последовательно расположенные ускорительный канал в виде коаксиально расположенных электродов анода и катода, которые подключены к импульсно-периодическому блоку питания, и блок генерации и ввода плазмы в виде установленного в глухом торце ускорительного канала диска с размещенными по периметру плазмотронами непрерывного действия, выходные отверстия которых направлены в межэлектродный промежуток ускорительного канала. Известный импульсно-периодический плазмотрон работает следующим образом. Генерируемые блоком плазмотронов непрерывного действия плазменные струи заполняют межэлектродный промежуток ускорительного канала, создавая области плазмы пониженной плотности. На катод и анод разрядного устройства подается высокое импульснопериодическое напряжение, вызывающее периодический пробой межэлектродного промежутка ускорительного канала 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 его истечения 106 см/с. Устройство может работать при нормальном атмосферном давлении с частотой до 100 Гц. Недостатками известного устройства являются недостаточные симметричность и однородность высоковольтного разряда в межэлектродном промежутке ускорительного канала, вызванная неоднородностью плазменных струй, генерируемых плазмотронами непрерывного действия. Это приводит к неравномерному распределению ускоряемого плазменного сгустка по сечению ускорительного канала и нестабильности его энергетических характеристик на выходе, что препятствует равномерной модификации свойств поверхности материалов и покрытий. Задачей данного изобретения является обеспечение симметричности и однородности высоковольтного разряда в межэлектродном промежутке ускорительного канала, что улучшит воспроизводимость работы плазмотрона, увеличит энергию плазменного потока 16022 1 2012.06.30 и стабильность его энергетических характеристик на выходе, что обеспечит равномерную модификацию свойств поверхности материалов и покрытий. Технический результат достигается тем, в импульсно-периодическом плазмотроне,содержащем блок импульсно-периодического питания и разрядное устройство с последовательно расположенными ускорительным каналом в виде установленных коаксиально электродов анода и катода, подключенных к блоку импульсно-периодического питания, и блоком генерации и ввода плазмы, установленным в глухом торце ускорительного канала и выполненным в виде диска с размещенными по периметру плазмотронами непрерывного действия, выходные отверстия которых направлены в межэлектродный промежуток ускорительного канала, торцы анода и катода со стороны блока генерации и ввода плазмы выполнены в виде последовательно расположенных фланцев, разделенных диэлектрическим кольцом из высокотемпературного теплостойкого материала толщиной большей,чем минимально допустимая величина межэлектродного промежутка ускорительного канала, во фланце катода выполнены сквозные отверстия, количество и расположение которых соответствует количеству и расположению плазмотронов непрерывного действия,установленных с возможностью изменения направления осей выходных отверстий относительно оси ускорительного канала. Анод и катод могут быть выполнены полыми с возможностью подачи в полости охлаждающей субстанции. Диэлектрическое кольцо может быть выполнено из высокотемпературной керамики. Сущность изобретения поясняется фигурами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез, а на фиг. 2 - поперечный разрез предлагаемого устройства. Импульсно-периодический плазмотрон состоит из импульсно-периодического блока питания 1, ускорительного канала в виде коаксиально расположенных электродов - анода 3 и катода 4, которые подключены к импульсно-периодическому блоку питания 1, и блока генерации и ввода плазмы 2, установленного в глухом торце ускорительного канала и выполненного в виде диска с размещенными по периметру плазмотронами непрерывного действия 7. Торцы анода 3 и катода 4 со стороны блока генерации и ввода плазмы 2 выполнены в виде последовательно расположенных фланцев, разделенных диэлектрическим кольцом 6, толщина которого к должна быть больше, чем минимальная величина межэлектродного промежутка п ускорительного канала. Плазмотроны непрерывного действия 7 установлены таким образом, что их выходные отверстия направлены в межэлектродный промежуток ускорительного канала через сквозные отверстия во фланце катода 4, количество и расположение которых соответствует количеству и расположению плазмотронов непрерывного действия 7. Направления осей выходных отверстий плазмотронов непрерывного действия 7 могут изменяться относительно оси ускорительного канала. Анод 3 может быть выполнен сплошным цилиндрическим или из набора цилиндрических стержней, охваченных цилиндрическим экраном 5 из высокотемпературного теплостойкого материала, например высокотемпературной керамики. Катод 4 может быть выполнен профилированным. Все элементы ускорительного канала могут быть выполнены охлаждаемыми, а диэлектрическое кольцо 6 выполнено из высокотемпературного теплостойкого материала, например высокотемпературной керамики. Импульсно-периодический плазмотрон работает следующим образом. Генерируемые блоком плазмотронов непрерывного действия 7 плазменные струи через сквозные отверстия во фланце катода 4 заполняют ускорительный канал, создавая область плазмы пониженной плотности. На анод 3 и катод 4 ускорительного канала с помощью импульснопериодического блока питания 1 подается высокое импульсно-периодическое напряжение, вызывающее периодический радиальный пробой межэлектродного промежутка п в наиболее узком месте и ускорение образующегося плазменного сгустка вдоль оси ускорительного канала. Для обеспечения симметричности и однородности высоковольтного разряда в межэлектродном промежутке ускорительного канала направления осей выходных 3 16022 1 2012.06.30 отверстий плазмотронов непрерывного действия 7 могут изменяться относительно оси ускорительного канала таким образом, чтобы плазменные струи закручивались по спирали,равномерно заполняя межэлектродный промежуток ускорительного канала в наиболее узком месте. Выполнение условия кп необходимо для того, чтобы высоковольтный пробой межэлектродного промежутка ускорительного канала происходил только в радиальном направлении, что позволит улучшить воспроизводимость работы плазмотрона, увеличить энергию плазменного потока и стабильность его энергетических характеристик на выходе. В случае кп высоковольтный пробой межэлектродного промежутка ускорительного канала может происходить между фланцами анода 3 и катода 4, что приведет к нестабильности работы плазмотрона и падению его энергетических характеристик на выходе. Конструктивное выполнение анода 3 и катода 4 полыми с возможностью подачи в полости охлаждающей субстанции, а диэлектрического кольца 6 из высокотемпературной керамики позволит увеличить время непрерывной работы устройства без потери стабильности его энергетических характеристик на выходе. Таким образом, предлагаемый импульсно-периодический плазмотрон позволяет достичь симметричности и однородности высоковольтного разряда в межэлектродном промежутке ускорительного канала, что улучшит воспроизводимость работы плазмотрона,увеличит энергию плазменного потока и стабильность его энергетических характеристик на выходе и, следовательно, обеспечит равномерную модификацию свойств поверхности материалов и покрытий. Источники информации 1. Патент РБ 3691 на полезную модель от 29.11.2006 г., по заявке 20060808, МПК 05 1/26,23 10/00, опубл. 30.06.2007. 2. Патент РБ 6818 на изобретение от 08.08.2002 г., по заявке 20020686, МПК 05 1/26, 23 10/00, опубл. 30.03.2005 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4