Введение к работе
Актуальность и цель работы. Использование электродуговой плазмы для обработки материалов находит достаточно широкое применение в промышленности: металлургии, машиностроении, химических технологиях, строительстве и др. В ряде случаев (при оплавлении больших поверхностей строительных конструкций, обработке значительных масс диэлектрических материалов и т.п.) требуется широкий плазменный факел, который не может быть создан существующими плазменными генераторами. Очевидно, что разработка подобного устройства и создание технологий на его основе не возможны без изучения условий возникновения и устойчивого горения дугового разряда, вопросов теплового и эрозионного состояния электродов и т.п. В настоящее время перечисленный круг вопросов изучен в основном для не обдуваемых и продольно обдуваемых дуг плазменных генераторов, использующихся при обработке металлов.
Цель работы заключалась в исследовании теплоэнергетических характеристик электродугового разряда и образованного им факела, изучении температурных полей электродов для определения и оптимизации конструктивных и технологических параметров широкофакельных установок для плазменной обработки диэлектрических материалов.
Диссертационная работа выполнена на кафедре машин и аппаратов химических производств Озерского технологического института Московского государственного инженерно-физического института (технического университета), опытных участках Березовского завода строительных конструкций (Свердловская область) и научно-производственной фирмы «Дорожник» СибАДИ (г. Омск) по заданию ГКНТ для решения комплексной научно-технической программы О.Ц.031 - «Создать и внедрить прогрессивные железобетонные конструкции для строительства промышленных, жилых и гражданских зданий из тяжелых и легких бетонов...». Заказчиками на научную продукцию явились Уральский промстройниипроект (г. Екатеринбург), Березовский
завод строительных конструкций, научно-производственная фирма «Дорожник» СибЛДИ (г. Омск).
Научная новизна. Проведено комплексное исследование термодинамических и тепловых процессов в многодуговом плазменном генераторе с коаксиальными графитовыми электродами.
Проанализированы условия возникновения и стабильного горения многодугового разряда, разработана аналитическая модель поперечно обдуваемой дуги, позволяющая получить как падающую, так и возрастающую ветви ее энергетической характеристики (ВАХ).
Выполнены экспериментальные исследования многодугового разряда и определены его теплоэнергетические характеристики.
Экспериментально изучено влияние эволюции дугового разряда плазмотрона на распределение температуры вблизи горячего торца электрода. Аналитически получены новые выражения для расчета нестационарного температурного поля в стержневом электроде с учетом места расположения дугового разряда.
Установлены особенности износа графитовых электродов плазмотрона при воздействии на них многодугового разряда и воздушной среды, определены наиболее эффективные средства их защиты.
Автор защищает:
метод аналитического исследования поперечно продуваемого дугового разряда, позволивший определить его основные параметры;
результаты экспериментального исследования одиночной дуги и многодугового разряда плазменного генератора;
методы расчета температурного поля стержневого электрода с учетом распределения и эволюции дугового источника тепла;
результаты экспериментального исследования теплового и эрозионного состояния стержневого графитового электрода плазмотрона.
Практическая ценность и реализация рсау.;.--.^.ид рай.гь:. .-г:>/льтаты, щученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, были :пользованы при определении оптимальных конструктивных и техно-)гическпх параметров многодуговых установок для обработки диэлек-шческих материалов, а именно: плазменного генератора для декора-івной отделки бетонных изделий, передвижной установки для наплав-1 свай и электродуговой печи для переработки отходов производства инеральной ваты.
Материалы работы были переданы в лабораторию ограждающих энструкций ОАО «УралНИАСцентр» (г. Екатеринбург), на Березовский івод строительных конструкций (г. Березовский Свердловской обл.), в аучно-производственную фирму «Дорожник» СибАДИ (г. Омск).
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, обсуждаясь на VIII Всесоюзной конференции по генераторам низкотемпературной пазмы (Новосибирск, 1980), Ш-ей международной конференции по энергети-еским системам и преобразованию энергии (Казань, 1997), научно-технической онференшш ОТИ МИФИ (Озерск, 1997), научно-технической конференции Научная сессия МИФИ-98» (Москва, 1998), научных семинарах кафедры про-ышленной теплоэнергетики ЧГТУ (Челябинск, 1997), лаборатории теории лектрического разряда института электрофизики УО АН РФ (Екатеринбург, 997), кафедры сварки ЧГТУ (Челябинск, 1997), кафедры теоретической теп-отехники УГТУ (Екатеринбург, 1998).
Публикации. По тематике диссертации опубликовано 16 науч-:ых работ, включая 4 журнальные статьи, 2 авторских свидетельства, 5 езисов докладов на научно-технических конференциях и 5 отчетов по оздоговорной тематике. Список публикаций приведен в конце авторе-іерата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа со-тоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложения,