Введение к работе
.
Актуальность темы диссертации .
В последнее время по всем мире особых*! интерес вызывает плазменная деструкция различных токсичных отходов химического и биологического производства , отравляющих веществ путем их разложения при высокой температуре с последующим образованием нетоксичных веществ и получением полезного продукта .Кроме того , появился ряд работ о возможности переработки и остекловаиия радиоактивных отходов для дальнейшего захоронения .
Создание плазменных установок для деструкции токсичных веществ предъявляет особые требования к безопасности и надежности , в соответствии с которыми , наряду с плазменной установкой, необходимо создание системі)! локализации аварий и ликвидации их последствий.
В связи с этим, к плазмотронам, используемым в папных установках, предъявляются следующие требования: » высокая надежность ;
способность генерировать плазму заданных параметров (род газа , температура , давление , расход) при высоком КПД плазмотрона;
возможность изменять параметры плазмы в соответствии с требованиями технологического процесса ;
длительный ресурс непрерывной работы, (десятки Ї1 сотни часов) ;
1 максимально возможная простота эксплуатации и замены элементов ;
сравнительно малые размеры илазмообразующпх устройств (компактность) , что в специфических условиях существенно облегчает систему обеспечения безопасности установки ;
относительно низкая стоимость .
К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт использования плазмотронов в различных областях науки и техники , по специфичность применения плазмотронов в установках деструкции токсичных веществ требует дальнейших исследований конструкции и режимов их работы с целью обеспечения предъявляемых к ним требований .
Цел ізю диссертационной работы явилось:
Исследование и создание трехфазных однокамерных
плазмотронов для работы на азоте и воздухе в широких
диапазонах мощностей, расходов и давлений в
соответствии. с требованиями, предъявляемыми к плазмотронам при создании установок по деструкции токсичных веществ .
Научная новизна и практическая ценность полученных в настоящей работе результатов состоит в следующем :
-
В результате проведенных исследований процессов в трехфазных однокамерных плазмотронах серии ЭДП со стержневыми вольфрамосодержащнмн электродами разработаны электродные блоки с металлическим днищем и газовой зашитой , а также ряд конструкций электродов с водяным и газовым охлаждением , что позволило существенно увеличить ресурс непрерывной работы плазмотрона на азоте в диапазоне мощностей (0,05-2)МВт , и в диапазоне давлений (І-б)МПа .
-
Исследован характер горения дуг па медных трубчатых электродах при наличии источника предиопизацин . Определена скорость движения дуги по медным электродам в зависимости от тока и угла расхождения
5 электродов . В результате исследований создан плазмотрон ПТ с медными трубчатыми электродами для работы на воздухе в диапазоне мощностей (0,1-1)МВт при давлении (0,1-0,2)МПа и исследованы его характеристики .
-
Проведены исследования эрозионных характеристик раличпых материалов при горении высоковольтной дуги на воздухе . В результате исследований создан высоковольтный однофазный плазмотрон мощностью (1-15)кВт для работы на воздухе с электродами из металлокерамики с непрерывным ресурсом работы более 100 часов .
-
Проведен анализ работы трехфазного плазмотрона с системой питания и получены основные соотношения для расчета системы питания . В результате проведенных исследований изготовлена и испытана система питания для воздушного плазмотрона ПТ мощностью 0,1-1 МВт .
-
Исследованы режимы горения дуг в камере трехфазного плазмотрона со стержневыми электродами при использовании в качестве рабочего газа азота . Определены основные соотношения между расходом газа , давлением в камере плазмотрона и электрической мощностью в дугах, при которых наблюдается диффузный или контрагированиый режимы горения дуг . Определены основные факторы , позволяющие организовать диффузный режим горения дуг, который обеспечивает более высокий КПД плазмотрона и увеличивает ресурс работы электродов .
-
Получены рабочие характеристики трехфазных однокамерных плазмотронов со стержневыми и рельсовыми электродами при работе на азоте и воздухе.
-
В результате проведенных исследований внедрены в серийное производство плазменные установки мощностью (0,1-1)МВт и (1-15)кВт для работы на
азоте и воздухе и создан научный задел, позволяющий приступить к проектированию плазменных установок для деструкции токсичных веществ . Апробация работы и публикации . Основные результаты диссертации докладывались на : VII Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы , Ташкент, 1987 ; VI Всесоюзной конференции по физике диэлектриков , Томск 1988 ; Конференции по физике низкотемпературной плазмы , Петрозаводск, 1995г.; Tenth IEEE International Pulsed Power Conference , Albuquerque , New-Mexico , 1995 и опубликованы в двенадцати работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации . Диссертация состоит из введения , четырех глав и заключения , содержит 111 страниц машинописного текста, в том числе 87 рисунков и четыре таблицы . Список цитированной литературы содержит 148 наименований .
