Применение высокочастотных плазмотронов
Многообразие вариантов режимов и конструктивных особенностей ВЧ-плазмотронов позволяет, с одной стороны, сделать практически любой технологический процесс эффективным путём выбора подходящего ВЧ-плазмотрона. С другой стороны, отсутствие универсальности ВЧ-плазмотронов предъявляет достаточно высокие требования к уровню владения этой техникой. Существующие методы расчётов дают возможность… Читать ещё >
Применение высокочастотных плазмотронов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Общие принципы применения ВЧ-плазмотронов
Многообразие вариантов режимов и конструктивных особенностей ВЧ-плазмотронов позволяет, с одной стороны, сделать практически любой технологический процесс эффективным путём выбора подходящего ВЧ-плазмотрона. С другой стороны, отсутствие универсальности ВЧ-плазмотронов предъявляет достаточно высокие требования к уровню владения этой техникой.
Таблица 4.1 — Стоимость нагрева аргона и воздуха до одинаковой температуры в дуговом и высокочастотном плазмотронах при одинаковой мощности электрического разряда.
Характеристика. | Воздух, Т до 104К. | Аргон, Т до 104К. | ||
ВЧИ-плазмотрон. | Дуговой плазмотрон. | ВЧИ-плазмотрон. | Дуговой плазмотрон. | |
Мощность разряда, кВт. | ||||
Установленная мощность, кВт. | ||||
Мощность плазменной струи, %. | ||||
Амортизация за 5 лет, $/час. | 12,5. | 2,75. | 12,5. | 3,3. |
Эксплуатационные расходы, $/час: | ||||
— горелка. | 0,5. | 0,5. | 0,5. | 0,5. |
— замена электродов. | ; | ; | ||
— конденсаторы. | 3,2. | ; | 3,2. | ; |
— выпрямитель. | 1,47. | 1,47. | 1,47. | 1,47. |
— генераторная лампа. | 9,4. | ; | 9,4. | ; |
Стоимость газа, $/час. | ; | ; | ||
Стоимость электроэнергии, $/час. | 7,06. | 6,0. | 7,07. | 8,68. |
Стоимость простоя, $/час. | ; | ; | ||
Общая стоимость, $/час. | 34,14. | 157,72. | 64,14. | 50,95. |
Существующие методы расчётов дают возможность квалифицированно определить характеристики ВЧ-плазмотронов, в наибольшей степени отвечающие параметрам оптимального технологического процесса. Помимо технических параметров немаловажным обстоятельством, которое нужно учитывать, является оценка экономичности плазменного процесса.
В таблице 4.1 приведён сравнительный анализ стоимости нагрева воздуха и аргона до одинаковой температуры на дуговых и ВЧИ-плазмотронах с учётом капитальных, а также эксплуатационных затрат. Стоимость нагрева аргона в дуговых плазмотронах составила $ 50,95 в час, в то время как в высокочастотном — $ 64,14 в час, то есть на 21% выше. Однако стоимость нагрева воздуха в дуговых плазмотронах обходится дороже $ 150,72 в час, в то время как в ВЧИ-плазмотроне — только $ 34,14 в час, то есть в 4,6 раза дешевле, чем в дуговых. При нагреве кислорода, хлора и любых других агрессивных газов и паров веществ это соотношение ещё больше меняется в пользу ВЧ-плазмотронов, несмотря на более низкий по сравнению с дуговыми плазмотронами электрический КПД.
При рассмотрении конкретного технологического процесса нередко решает вопрос в пользу выбора того или иного типа плазмотрона не стоимость нагрева плазмообразующего газа и не электрический КПД плазмотрона. Например, при сфероидизации гранулированного порошка в плазме основной показатель — производительность процесса при 100%-й обработке порошка. При одинаковой мощности плазмотронов в зависимости от их типа значительно различается скорость частиц в плазме. В таблице 4.2 приведены данные о скорости частиц в плазме для некоторых типов плазмотронов. Скорость частиц в ВЧ-плазме может быть в десятки раз меньше, чем в дуговой, что и определяет преимущества ВЧИ-плазмотронов, их более высокий тепловой КПД нагрева порошка (см. таблицу 4.3).
В данном случае под тепловым КПД процесса понимают отношение тепловой мощности плазмы, переданной в порошок, к мощности электрического разряда. Следствием этого является высокая производительность ВЧИ-плазмотронов при 100%-й сфероидизации гранулированных порошков.
Таблица 4.2 — Скорость и время пребывания частиц в плазме.
Тип плазмотрона. | Длина струи, мм. | Скорость частиц, м/с. | Время пребывания в плазме, мс. |
Дуговой односекционный. | 0,5. | ||
Дуговой многосекционный. | 4,0. | ||
ВЧ индукционный. | 100,0. |
Таблица 4.3 — Тепловой КПД нагрева порошка.
Способ сфероидизации. | Тепловой КПД нагрева порошка, %. |
Дуговая плазма, нейтральная проволока. | 1−1,5. |
Дуговая плазма, гранулированный порошок. | 1−5. |
Дуговая плазма, токоведущая проволока. | 8−10. |
Высокочастотная плазма. | 25−30. |
ВЧ-плазмотроны можно использовать в тех технологических процессах, которые уже освоены с использованием дуговых плазмотронов, например резка, стружка, переплав, рафинирование металлов. Однако каких-либо преимуществ ВЧ-плазмотронов перед дуговыми в данных процессах обнаружено не было. При решении вопроса о выборе типа плазмотрона (дуговой или ВЧ) предпочтение следует отдавать ВЧ-плазмотронам лишь в том случае, когда они оказываются эффективнее дуговых в реализации конкретного технологического процесса. [1].