Generator de energie electrică cu catod cu plasmă. Generator de energie electrică cu plasmă

Baza pentru crearea plasmei la temperatură joasă este tehnologia de descărcare de gaze, în special, plasmatrons sau generatoare de plasmă. Tipul lor depinde de ce tip de descărcare este utilizat în ele. Aplicații practice se găsesc în dispozitivele care utilizează arc, înaltă frecvență, microunde și, în unele cazuri, descărcări optice. În prezent, arcul electric și torțele cu plasmă de înaltă frecvență sunt cele mai răspândite.

torțe cu plasmă cu arc. Ei implementează o descărcare de arc la curenți mari (de la unități de amperi la zeci de kiloamperi și mai mult). Dimensiunea arcului poate varia de la câțiva milimetri la 1 m sau mai mult, iar puterea acestuia poate ajunge la zeci de megawați. Principiul de funcționare al pistoletului cu plasmă cu arc este simplu - între electrozi se aprinde o descărcare, care încălzește gazul care sufla peste el la o temperatură ridicată. O lanternă cu plasmă cu arc de curent continuu constă din următoarele componente principale: unul (catod) sau doi electrozi (catod și anod), o cameră de descărcare și o unitate de alimentare cu substanță care formează plasmă.

Structural, torțele cu plasmă pot fi organizate în moduri diferite. Principalele dintre ele sunt următoarele:

Cu aranjament axial tradițional al electrozilor (liniar). Arcul 1 arde între doi electrozi 3 răciți cu apă (Fig. 4.6.1, a). Gazul care formează plasmă /, furnizat tangenţial la descărcare, duce jetul de plasmă dincolo de golul de descărcare. Torțele liniare cu plasmă ating cea mai mare măsură de descărcare a plasmei, ceea ce face posibilă creșterea timpului mediu de rezidență al agenților chimici în zona activă și extinde posibilitatea de a varia condițiile de desfășurare a reacțiilor plasma-chimice. Arcul este stabilizat de fluxul de gaz de formare a plasmei furnizat tangenţial la camera cu arc 4 folosind un cap de formare a gazului vortex. De când descărcarea arde, punctul arcului se mișcă continuu
de-a lungul suprafeței relativ extinse a anodului, astfel de structuri au o durată de viață crescută;

Cu aranjare coaxială a electrozilor (Fig. 4.6.1, b) și cu electrozi toroidali (Fig. 4.6.1, c). Se disting prin designul lor compact, dar au o zonă activă relativ mică și o uzură semnificativă a materialelor electrozilor, care, pe de o parte, reduce durata de viață și, pe de altă parte, poluează intens plasma cu produsele lor. eroziune. Pentru a reduce distrugerea rapidă a electrozilor, la astfel de circuite este adesea adăugat un dispozitiv de rotație a arcului magnetic. Astfel de pistoleți cu plasmă se caracterizează printr-o stabilitate crescută a arderii prin descărcare într-o gamă largă de debite de gaz de plasmă;

Cu flux bilateral de plasmă (Fig. 4.6.1, d). Ele sunt un analog al torțelor cu plasmă cu un aranjament axial de electrozi și se disting printr-o metodă simetrică de introducere a gazului care formează plasmă în zona de descărcare, în care se propagă în două direcții diametral opuse. În acest caz, se asigură mișcarea continuă a punctelor arcului anodului și catodului, ceea ce duce la creșterea duratei de viață a acestora;

Cu electrozi consumabili

(Fig. 4.6.1, d. f). Ele sunt utilizate dacă unul dintre reactivii de plasmă reacție chimică materialul electrodului pistoletului cu plasmă în sine poate servi.

Pentru fabricarea electrozilor plasmatronilor cu arc electric se folosesc metale refractare precum wolfram, molibden, zirconiu, hafniu sau aliaje speciale. Durata de viață a unui catod de wolfram la curenți de până la 1000 A este de câteva sute de ore și este determinată în principal de natura gazului care formează plasmă. Catozii sunt fabricați din zirconiu sau hafniu, cele mai stabile materiale atunci când funcționează torțe cu plasmă cu arc în medii oxidante. Pe suprafața acestor materiale se formează un film de oxid, pe de o parte, conduce bine curentul electric; temperaturi ridicate oh, și pe de altă parte, protejează metalul de oxidarea rapidă ulterioară.

Adesea, electrozii unei pistolețe cu plasmă cu arc sunt realizați sub formă de structuri de cupru răcite cu apă. Eroziunea electrozilor de cupru este cu aproximativ două ordine de mărime mai mare decât, de exemplu, electrozii de zirconiu, în aceleași condiții.

Deschiderea camerei de descărcare prin care curge plasma se numește duză de plasmă
motrona. În unele tipuri de pistolețe cu plasmă cu arc, limita duzei este un anod inelar sau toroidal. Există două grupuri de plasmotroni cu arc - pentru crearea unui arc de plasmă extern și pentru crearea unui jet de plasmă. Dispozitivele primului grup au un singur electrod (catod), iar corpul prelucrat însuși servește ca anod (Fig. 4.6.1, c)). În torțele cu plasmă din al doilea grup, plasma arde între doi electrozi (catod și anod) și, datorită gazului care formează plasmă, curge din camera de descărcare sub forma unui jet lung îngust.

Stabilizarea descărcării în plasmotronii cu arc este realizată de un câmp magnetic, fluxuri de gaz și pereții camerei de descărcare și ai duzei. Una dintre metodele obișnuite de stabilizare magnetică a plasmatronilor cu jet de plasmă cu un anod sub formă de inel sau tor coaxial la catod este de a crea un puternic câmp magnetic, perpendicular pe planul anodului, care forțează canalul de curent al arcului să se rotească continuu, rulând în jurul anodului. În acest caz, punctele anodului și catodic ale arcului se schimbă în mod constant

Sunt periate în cerc, ceea ce previne topirea electrozilor sau eroziunea intensă a acestora.

Stabilizarea debitului cu gaz se realizează prin alimentarea tangenţială cu gaz stabilizator în golul de evacuare, în timp ce arcul fierbinte este împins departe de pereţii camerei de descărcare, protejându-l pe acesta din urmă de încălzirea excesivă şi de furie. Cu toate acestea, în timpul stabilizării în vortex a descărcării arcului, are loc și o oarecare compresie a fluxului de plasmă, ceea ce duce la o scădere a volumului zonei de reacție, prin urmare, în unele cazuri, fluxul de gaz stabilizator nu este răsucit, ci dirijat paralel cu coloana arcului. De obicei, gazul stabilizator este, de asemenea, o substanță care formează plasmă. Un exemplu de calcul al unui arc plasmatron cu un circuit liniar este considerat în.

Puterea plasmatronelor cu arc variază de la 0,1... 104 kW; temperatura jetului la iesirea duzei 3000...25.000 K; viteza de scurgere a jetului 1...104 m/s; randament industrial 50...90%; durata de viață ajunge la câteva sute de ore; Aerul, N2, Ar, H2 sunt utilizate ca substanțe care formează plasmă. NH4, 02, H20, hidrocarburi gazoase.

Dezavantajele torțelor cu plasmă cu arc includ imposibilitatea de a obține plasmă curată, fără impurități. Distrugerea constantă a electrozilor pistoletului cu plasmă cu arc și contaminarea cu produsele eroziunii lor cu plasmă nu permite utilizarea acestor dispozitive în acele procese plasma-chimice care necesită cerințe ridicate pentru puritatea produselor rezultate.

Plasmatronii de înaltă frecvență pot fi fie cu electrozi, folosind descărcări corona, torță, fie fără electrozi - inducție de înaltă frecvență (HFI), capacitive (HF), cuptor cu microunde (cuptor cu microunde). Principalele avantaje ale pistoletelor cu plasmă fără electrod față de cele cu electrozi (inclusiv cele cu arc electric) sunt: ​​o durată de viață lungă (câteva mii de ore); în absența contaminării materialelor obținute în reactorul plasma-chimic cu produse de eroziune a electrozilor; capacitatea de a lucra cu oxigen pur sau alte gaze agresive care formează plasmă.

Lanternele cu plasmă de înaltă frecvență au un electrod ascuțit, căruia i se aplică un potențial RF, suficient pentru a descompune gazul și a crea o lanternă cu plasmă (Fig. 4.6.2), în care

Materii prime sub formă de pulbere pentru efectuarea reacțiilor chimice plasmatice. Deoarece electrodul 1 al unei astfel de lanterne cu plasmă este în contact direct cu descărcarea, acesta este supus unei anumite eroziuni. Durata de viață a unor astfel de dispozitive cu o putere de 20...40 kW este de aproximativ 1000 de ore Deoarece energia RF este furnizată direct în zona de descărcare, nu este necesară fabricarea camerei de descărcare din materiale dielectrice și poate fi realizată. de metal.

Plasmatronele cu inducție de înaltă frecvență (HFI) sunt cele mai comune dintre plasmatronele fără electrod. Se disting prin fiabilitate operațională ridicată, relativa simplitate design și durată lungă de viață. Principiul lor de funcționare se bazează pe excitarea unei descărcări de către un inductor special sub forma unei bobine cu mai multe spire realizate dintr-un tub de cupru răcit cu apă. În interiorul inductorului este introdusă o cameră de descărcare, în care este excitată o descărcare. Materialul camerei de descărcare trebuie să fie transparent la RF câmp electromagnetic, de obicei cuarț. În fig. 4.6.3 prezintă proiectarea unui plasmatron metalurgic RF cu o cameră de descărcare de cuarț, descris în.

În același timp, în cazul reacțiilor plasma-chimice care utilizează fluxuri bifazate, durata de viață a camerelor de descărcare de cuarț devine foarte limitată din cauza contactului cu o fază solidă fierbinte. În acest caz, se topește adesea în pereții camerei, ceea ce duce la o întrerupere treptată a modului de funcționare plasmatron.

Se știe că un cilindru închis din material conductor electric este opac la câmpul electromagnetic, dar dacă faci cel puțin o tăietură longitudinală în acest cilindru, câmpul va pătrunde liber în interior. Prin urmare, camerele metalice de descărcare în gaz pentru plasmatronele RF sunt realizate divizate sau secționale. Camerele speciale de descărcare din metal răcite cu apă sunt de obicei realizate din cupru, adică un material cu conductivitate electrică bună. În fig. 4.6.4 prezentat opțiuni diferite soluții de proiectare pentru camerele de descărcare în gaze metalice secționale, care diferă prin numărul de secțiuni și forma acestora.

Frecvența de funcționare a torțelor cu plasmă HF este de 200 kHz...40 MHz, puterea poate ajunge la 1 MW, eficiență instalatii industriale 50... 60%.

În plus față de HF, în tehnologie este folosit un alt tip de torțe cu plasmă HF fără electroni - torțe cu plasmă HF. Plasmatronele RF capacitive au electrozi externi, numărul și locația cărora în raport cu camera de descărcare pot varia. Dintre pistoletele cu plasmă HF cu suflare longitudinală a gazului care formează plasmă, cel mai simplu design este cu trei electrozi. În acest caz, electrodul de înaltă tensiune este situat între două împământate (Fig. 4.6.5). Dezavantajele plasmatronelor RF includ randamentul scazut al instalatiei (30... 50%).

Deoarece descărcările inductive și capacitive de înaltă frecvență sunt fără electrozi, plasmatronele pe baza acestora sunt utilizate pentru încălzirea gazelor active (02, C12, aer etc.), vaporilor de substanțe agresive (cloruri, fluoruri etc.) și, de asemenea, în cazul că este necesar să genereze plasmă deosebit de pură.

Atunci când alegeți un generator de plasmă la temperatură joasă, luați în considerare puterea necesară, durata de funcționare a gazului care formează plasmă pentru un anumit compozitia chimica, parametrii jetului de plasmă (temperatura, viteza, admisibilitatea contaminării cu produse de eroziune a electrozilor etc.). Astfel, dacă nu există cerințe speciale pentru puritatea produsului țintă, atunci se aleg cel mai adesea instalațiile bazate pe plasmatroni cu arc electric. Se folosesc si in cazurile in care puterea necesara depaseste 300...500 kW, ceea ce este mult mai usor de implementat.

Știința știe sigur: cu cât aburul este încălzit mai mult, cu atât este mai profitabilă transformarea căldurii în muncă. Dacă într-o centrală electrică modernă obișnuită temperatura aburului este ridicată la 1000-1500 °, eficiența acestuia va crește automat de o dată și jumătate. Dar problema este că nu există nicio modalitate de a face acest lucru, deoarece o astfel de căldură teribilă va distruge foarte repede orice turbină.

Aceasta înseamnă, au motivat oamenii de știință, că trebuie să încercăm să ne lipsim complet de o turbină. Este necesar să construiți un generator care să transforme în sine energia unui flux de gaz fierbinte în curent electric! Și l-au construit. Știința în dezvoltare rapidă a magnetohidrodinamicii, care studiază mișcarea lichidelor care conduc curentul electric într-un câmp magnetic, a ajutat la construirea unui generator de electricitate cu plasmă.

S-a descoperit că un lichid conductor plasat într-un câmp magnetic nu diferă ca comportament de un conductor solid, cum ar fi metalul. Dar știm foarte bine ce se întâmplă în conductor metalic, dacă este deplasat între polii unui magnet: în el este indus (indus) un curent electric. Aceasta înseamnă că un curent va apărea într-un curent de lichid dacă acest curent traversează un câmp magnetic.

Cu toate acestea, încă nu a fost posibil să se construiască un generator cu un conductor de lichid. Jetul de lichid a trebuit să fie accelerat la o viteză foarte mare, iar acest lucru necesită o cantitate imensă de energie, cele mai multe care se pierde în jetul propriu-zis din cauza turbulențelor. Atunci a apărut gândul: nu ar trebui să înlocuim lichidul cu gaz? La urma urmei, de mult am reușit să oferim viteze enorme jeturilor de gaz - nu uitați motor cu reacție. Dar acest gând a trebuit să fie eliminat imediat: niciun gaz nu conduce curentul.

Părea o fundătură completă. Conductoarele solide nu pot rezista la temperaturi ridicate; lichidele nu accelerează la viteze mari; gazele nu sunt deloc conductori. Dar…

Suntem obișnuiți să credem că materia poate exista doar în trei stări - solidă, lichidă și gazoasă. Și, la urma urmei, se întâmplă și într-o a patra stare - plasmă. După cum se știe, Soarele și majoritatea stelelor sunt făcute din plasmă. Iată-l - un generator de electricitate cu plasmă!

Plasma este un gaz, dar ionizat

În ea, printre molecule se află ioni încărcați, adică „fragmente” de atomi cu orbite de electroni rupte. Există și electroni liberi. Ionii și electronii sunt purtători de sarcini electrice, ceea ce înseamnă că plasma este conducătoare de electricitate.

Dar pentru a obține plasmă este necesar să se încălzească gazul mai intens. Pe măsură ce temperatura crește, moleculele de gaz se mișcă din ce în ce mai repede și adesea se ciocnesc violent între ele. Vine un moment în care moleculele se descompun treptat în atomi. Dar gazul nu conduce încă curentul. Hai să-l încălzăm în continuare!

Termometrul arăta 4000°. Atomii au dobândit energie mare. Vitezele lor sunt enorme, iar unele coliziuni se termină „catastrofal”: învelișurile de electroni ale atomilor sunt perturbate. De asta avem nevoie – acum există ioni și electroni în gaz – a apărut plasma.

Încălzirea gazului la 4000° nu este o sarcină ușoară. Cele mai bune soiuri cărbunele, petrolul și gazele naturale produc mult mai mult atunci când sunt arse temperatură scăzută. Ce ar trebuii să fac?

Oamenii de știință au depășit și ei această dificultate. Potasiul, un metal alcalin ieftin și răspândit, a venit în ajutor. S-a dovedit că, în prezența potasiului, ionizarea multor gaze începe mult mai devreme. De îndată ce adăugați doar un procent de potasiu la gazele de ardere obișnuite - produse ale arderii cărbunelui și petrolului, ionizarea în ele începe la 3000 ° și chiar puțin mai jos.

Din cuptor, de unde se nasc gazele fierbinți, acestea sunt deviate într-o țeavă, unde potasiu - carbonat de potasiu - este furnizat continuu într-un flux subțire. Are loc o ionizare slabă, dar totuși suficientă. Apoi conducta se extinde lin pentru a forma o duză.

Proprietățile duzei de expansiune sunt astfel încât atunci când se deplasează prin ea, gazul câștigă viteză mare, pierzând presiunea. Viteza gazelor care ies din duză poate concura cu vitezele aeronavelor moderne - atinge 3200 km/h.

Un flux de plasmă fierbinte izbucnește în canalul principal al generatorului

Pereții săi nu sunt din metal, ci din cuarț sau ceramică rezistentă la foc. Polii celui mai puternic magnet sunt legați de pereții din exterior. Sub influența unui câmp magnetic, în plasmă este indusă o forță electromotoare, ca în orice conductor.

Acum trebuie, așa cum spun electricienii, să „eliminăm” curentul și să-l ducem la consumator. Pentru a face acest lucru, doi electrozi sunt introduși în canalul generatorului de plasmă - de asemenea, desigur, nemetalici, cel mai adesea grafit. Dacă sunt închise de un circuit extern, atunci a D.C..

Mici generatoare de electricitate cu plasmă deja încorporate diferite țări, randamentul a ajuns la 50% (eficienta unei centrale termice nu este mai mare de 35-37%). Teoretic, poți obține 65% și chiar mai mult. Oamenii de știință care lucrează la un generator de plasmă se confruntă cu multe probleme legate de alegerea materialelor și de creșterea duratei de viață a generatorului (probele actuale funcționează doar câteva minute).

Pentru a tăia o piesă de metal groasă, puteți folosi trei instrumente: o râșniță, o pistoletă cu oxigen și o mașină de sudură cu plasmă. Cu ajutorul primului, obțineți o tăietură uniformă și îngrijită, dar numai în linie dreaptă cu a doua, puteți tăia modele, dar tăietura se dovedește a fi metalică și ruptă. Dar a treia opțiune este egală margini tăiate, care nu necesită prelucrare suplimentară. În plus, în acest fel, metalul poate fi tăiat de-a lungul oricărei linii curbe. Adevărat, o lanternă cu plasmă nu este ieftină, așa că mulți meșteri de acasă se întreabă dacă este posibil să realizeze singuri acest dispozitiv. Desigur, puteți, principalul lucru este să înțelegeți principiul de funcționare a lanternei cu plasmă.

Iar principiul este destul de simplu. În interiorul tăietorului este instalat un electrod din material durabil și rezistent la căldură. În esență, este un fir căruia i se aplică un curent electric. Se aprinde un arc între acesta și duza de tăiere, care încălzește spațiul din interiorul duzei la 7000C. Apoi aer comprimat este furnizat în interiorul duzei. Se încălzește și ionizează, adică devine conductor curent electric. Conductivitatea sa electrică devine aceeași cu cea a metalului.

Se dovedește că aerul în sine este un conductor, care, atunci când este în contact cu metalul, formează un scurtcircuit. Deoarece aerul comprimat are presiune mare, apoi încearcă să iasă din duză cu viteză mare. Acest aer ionizat cu viteză mare este plasmă, a cărei temperatură este mai mare de 20.000C.

În acest caz, în contact cu metalul tăiat, se formează un arc între plasmă și piesa de prelucrat, așa cum este cazul sudării cu electrozi. Încălzirea metalului are loc instantaneu, zona de încălzire este egală cu secțiunea transversală a orificiului din duză. Metalul piesei tăiate se transformă imediat într-o stare lichidă și este suflat din locul tăiat de plasmă. Așa se întâmplă tăierea.

Din principiul de funcționare al dispozitivului tăierea cu plasmă devine clar că pentru a realiza acest proces veți avea nevoie de o sursă de energie electrică, o sursă aer comprimat, o lanternă care include o duză din material termorezistent, cabluri pentru alimentarea cu energie electrică și furtunuri pentru alimentarea cu aer comprimat.

Deoarece vorbim despre o lanternă cu plasmă care va fi asamblată cu propriile mâini, este necesar să țineți cont de faptul că echipamentul ar trebui să fie ieftin. Prin urmare, ca sursă de energie, electricitatea este selectată invertor de sudare. Acesta este un dispozitiv ieftin, cu un arc stabil bun, cu ajutorul lui puteți economisi mult consumul de curent electric. Adevărat, poate tăia piese metalice cu o grosime de cel mult 25 mm. Dacă este necesar să creșteți acest indicator, atunci va trebui să utilizați un transformator de sudură în loc de un invertor.

În ceea ce privește sursa de aer comprimat, nu ar trebui să existe probleme. Un compresor obișnuit cu o presiune de 2-2,5 atmosfere va menține perfect un arc stabil pentru tăiere. Singurul lucru la care trebuie să fii atent este volumul de aer eliberat. Dacă procesul de tăiere a metalelor durează mult, este posibil ca compresorul să nu poată rezista la o muncă atât de intensă. Prin urmare, se recomandă instalarea unui receptor după el. În esență, acesta este un recipient în care se va acumula aer presiunea necesară. Aici este important să faceți reglarea astfel încât o scădere a presiunii în recipient să determine imediat pornirea compresorului pentru a umple recipientul cu aer comprimat. Trebuie remarcat faptul că astăzi compresoarele complete cu un receptor sunt vândute ca un singur complex.

Cel mai dificil element de fabricat al pistoletului cu plasmă este arzătorul cu duză. Cea mai ușoară opțiune este să cumpărați o duză gata făcută sau, mai bine, mai multe tipuri cu diametre diferite ale găurilor. Astfel, puteți schimba duza și puteți efectua tăierea lățimi diferite. Diametrul standard este de 3 mm. Unii meșteri acasă își fac propriile duze din metale rezistente la căldură, care nu sunt atât de ușor de obținut. Deci este mai ușor să cumperi.

Duza este instalată pe tăietor; este pur și simplu înșurubat pe capătul pistolului. Dacă un invertor este utilizat într-o lanternă cu plasmă de casă, atunci setul său include un mâner pe care puteți atașa o duză achiziționată.

Elementele necesare ale unei pistolețe cu plasmă sunt un cablu de sudură și un furtun. Ele sunt de obicei combinate într-un singur set, ceea ce le face ușor de utilizat. Se recomandă izolarea elementului dublu, de exemplu, instalarea acestuia în interiorul unui furtun de cauciuc.

Și încă un element al unui plasmatron de casă este un oscilator. Scopul său este de a aprinde arcul chiar la începutul funcționării, adică acest dispozitiv creează o scânteie primară pentru a aprinde electrodul neconsumabil. În acest caz, nu este nevoie să atingeți suprafața metalică cu capătul consumabilului. Oscilatorii funcționează atât cu curent alternativ, cât și cu curent continuu. Dacă în dispozitivele din fabrică acest dispozitiv este instalat în interiorul carcasei echipamentului, atunci în dispozitivele de casă poate fi instalat lângă invertor, conectat cu fire.

Este necesar să înțelegeți că oscilatorul este destinat doar aprinderii arcului. Adică după ce s-a stabilizat, dispozitivul trebuie oprit. Schema de conectare se bazează pe utilizarea unui releu, cu ajutorul căruia se controlează procesul de stabilizare. După ce dispozitivul este oprit, arcul funcționează direct de la invertor.

După cum puteți vedea, nu aveți nevoie de niciun desen pentru a asambla singur o lanternă cu plasmă. Întregul ansamblu este destul de simplu, principalul lucru este să respectați regulile de siguranță. De exemplu, cablul de sudare este conectat cu șuruburi, furtunuri de aer comprimat cu sertizare și cleme din fabrică.

Cum funcționează o lanternă cu plasmă de casă

În principiu, un plasmatron de casă funcționează exact la fel ca unul din fabrică. Adevărat, are propria sa resursă, în funcție în principal de materialul din care este realizată duza.

• În primul rând, oscilatorul și invertorul sunt pornite, prin care este furnizat curent electrodului. Este dat foc. Aprinderea este controlată de un buton situat pe mânerul arzătorului.
• 10-15 secunde, timp în care arcul pilot va umple întregul spațiu dintre electrod și duză. Acum puteți furniza aer comprimat, deoarece în acest timp temperatura din interiorul duzei va ajunge la 7000C.
• De îndată ce plasma scapă din duză, puteți trece la procesul de tăiere a metalului.
• Este foarte important să ghidați corect lanterna pe traseul de tăiere prevăzut. De exemplu, dacă viteza de înaintare a tăietorului nu este foarte mare, atunci aceasta este o garanție că lățimea tăieturii va fi mare, plus marginile vor fi cu siguranță neuniforme cu lăsare și stângace. Dacă viteza tăietorului, dimpotrivă, este mare, atunci metalul topit va fi suflat slab din zona de tăiere, ceea ce va duce la formarea unei tăieturi zdrențuite și continuitatea acestuia se va pierde. Prin urmare, este necesar să se selecteze experimental viteza de tăiere.

Este foarte important să alegeți materialul potrivit pentru realizarea electrodului. Cel mai adesea, pentru aceasta se utilizează hafniu, beriliu, toriu sau zirconiu. Când sunt expuși la temperaturi ridicate, la suprafață se formează oxizi refractari ai acestor metale, astfel încât electrodul de la ei este distrus lent. Adevărat, beriliul încălzit devine radioactiv, iar toriul începe să elibereze substanțe toxice. De aceea cea mai buna varianta- Acesta este un electrod cu hafniu.

Stabilizarea presiunii la ieșirea din recipient este asigurată de un reductor instalat. Este ieftin, dar rezolvă problema alimentării uniforme cu aer comprimat la duza tăietorului.

Toate lucrările de întreținere aparate de casă Tăierea cu plasmă trebuie efectuată numai în îmbrăcăminte și încălțăminte de protecție. Sunt necesare mănuși și ochelari de protecție.

În ceea ce privește dimensiunea duzei, nu este recomandat să o faceți foarte lungă. Acest lucru duce la distrugerea sa rapidă. În plus, este foarte important să setare corectă modul de tăiere. Chestia este că uneori în mașinile de tăiat cu plasmă de casă nu apare un arc, ci două. Acest lucru afectează negativ funcționarea dispozitivului în sine. Și, desigur, acest lucru îi reduce durata de viață. Duza începe pur și simplu să se deterioreze mai repede. Și este posibil ca invertorul să nu poată rezista la o astfel de sarcină, deci există posibilitatea ca aceasta să se defecteze.

Și un ultim lucru. Caracteristică Acest tip de tăiere a metalelor presupune topirea acestuia doar în locul afectat de fluxul de plasmă. Prin urmare, este necesar să vă asigurați că locul tăiat este situat în centrul capătului electrodului. Chiar și o deplasare minimă a punctului va duce la deviația arcului, ceea ce va crea condiții pentru formarea unei tăieturi incorecte și, în consecință, o scădere a calității procesului în sine.

După cum puteți vedea, modelul procesului de tăiere depinde de mulți factori, prin urmare, atunci când asamblați o lanternă cu plasmă fără ajutorul specialiștilor cu propriile mâini, trebuie să respectați cu strictețe toate cerințele pentru fiecare element și dispozitiv. Chiar și abaterile mici vor reduce calitatea tăieturii.

Aproape toți cei interesați de energie au auzit despre perspectivele generatoarelor MHD. Dar puțini știu că aceste generatoare sunt într-un statut promițător de mai bine de 50 de ani. Problemele asociate cu generatoarele cu plasmă MHD sunt descrise în articol.

Povestea cu plasmă, sau generatoare magnetohidrodinamice (MHD). surprinzător de asemănătoare cu situaţia cu . Se pare că trebuie doar să faceți un pas sau să aplicați o forță mică și conversia directă a căldurii în energie electrica va deveni o realitate familiară. Dar o altă problemă împinge această realitate înapoi la infinit.

În primul rând, despre terminologie. Generatoarele de plasmă sunt unul dintre tipurile de generatoare MHD. Și aceștia, la rândul lor, și-au primit numele de la efectul apariției curentului electric atunci când lichidele conductoare electric (electroliții) se mișcă într-un câmp magnetic. Aceste fenomene sunt descrise și studiate într-una dintre ramurile fizicii - magnetohidrodinamică. Aici și-au luat numele generatoarele.

Din punct de vedere istoric, primele experimente de creare a generatoarelor au fost efectuate cu electroliți. Dar rezultatele au arătat că este foarte dificil să accelerezi fluxurile de electroliți la viteze supersonice, iar fără aceasta eficiența (coeficientul acțiune utilă) generatoare este extrem de scăzută.

Au fost efectuate studii suplimentare cu fluxuri de gaz ionizat de mare viteză sau plasmă. Prin urmare, astăzi, vorbind despre perspectivele de utilizare generatoare MHD, trebuie să rețineți că vorbim exclusiv despre varietatea lor de plasmă.

Din punct de vedere fizic, efectul apariției unei diferențe de potențial și a curentului electric atunci când sarcinile se mișcă într-un câmp magnetic este similar. Cei care au lucrat cu senzori Hall știu că atunci când curentul trece printr-un semiconductor plasat într-un câmp magnetic, pe plăcile cristalului apare o diferență de potențial perpendiculară pe liniile câmpului magnetic. Numai în generatoarele MHD, în loc de curent, trece un fluid de lucru conducător.

Puterea generatoarelor MHD depinde direct de conductivitatea substanței care trece prin canalul său, de pătratul vitezei sale și de pătratul intensității câmpului magnetic. Din aceste relații este clar că cu cât conductivitatea, temperatura și puterea câmpului sunt mai mari, cu atât puterea luată este mai mare.

Toate cercetare teoretică privind conversia practică a căldurii în energie electrică au fost efectuate încă din anii 50 ai secolului trecut. Și un deceniu mai târziu, în SUA au apărut centralele pilot „Mark-V” cu o capacitate de 32 MW și „U-25” în URSS cu o capacitate de 25 MW. De atunci, lucrările au fost în desfășurare diverse modeleŞi regimuri eficiente funcționarea generatoarelor, testarea diferitelor tipuri de fluide de lucru și materiale structurale. Dar spre larg uz industrial Generatoarele de plasmă nu au ajuns niciodată.

Ce avem azi? Pe de o parte, o unitate de putere combinată cu un generator MHD de 300 MW funcționează deja la Centrala electrică din districtul de stat Ryazan. Eficiența generatorului în sine depășește 45%, în timp ce randamentul stațiilor termice convenționale ajunge rareori la 35%. Generatorul foloseste plasma cu temperatura de 2800 de grade, obtinuta in timpul arderii gaz natural, Și .

S-ar părea că energia plasmatică a devenit o realitate. Dar generatoarele MHD similare din lume pot fi numărate pe o mână și au fost create în a doua jumătate a secolului trecut.

Primul motiv este evident: generatoarele necesită materiale de construcție rezistente la căldură pentru a funcționa. Unele materiale au fost dezvoltate ca parte a programelor de fuziune termonucleară. Altele sunt folosite în știința rachetelor și sunt clasificate. În orice caz, aceste materiale sunt extrem de scumpe.

Un alt motiv este modul în care funcționează generatoarele MHD: produc exclusiv curent continuu. Prin urmare, puternic și invertoare economice. Chiar și astăzi, în ciuda realizărilor tehnologiei semiconductoare, o astfel de problemă nu a fost pe deplin rezolvată. Și fără aceasta, este imposibil să transferați o putere enormă consumatorilor.

Problema creării de câmpuri magnetice super-puternice nu a fost rezolvată complet. Nici măcar utilizarea magneților supraconductori nu rezolvă problema. Toate materialele supraconductoare cunoscute au o intensitate critică a câmpului magnetic, peste care supraconductivitatea dispare pur și simplu.

Se poate doar ghici ce s-ar putea întâmpla cu o tranziție bruscă la stare normală conductoare la care densitatea de curent depăşeşte 1000 A/mm2. O explozie de înfășurări în imediata apropiere a plasmei încălzite la aproape 3000 de grade nu va provoca o catastrofă globală, dar un generator MHD scump va eșua cu siguranță.

Problemele încălzirii plasmei la temperaturi mai ridicate rămân: la 2500 de grade și adăugarea de metale alcaline (potasiu), conductivitatea plasmei rămâne însă foarte scăzută, incomensurabilă cu conductivitatea cuprului. Dar creșterea temperaturii va necesita din nou materiale noi rezistente la căldură. Cercul se închide.

Prin urmare, toate unitățile de alimentare cu generatoare MHD create până în prezent demonstrează mai degrabă nivelul de tehnologie atins decât fezabilitate economică. Prestigiul țării este factor important, dar construirea în masă a generatoarelor MHD scumpe și capricioase astăzi este foarte costisitoare. Prin urmare, chiar și cele mai puternice generatoare MHD rămân în statut de instalații industriale pilot. Pe ele, inginerii și oamenii de știință lucrează la proiecte viitoare și testează materiale noi.

Este greu de spus când se va termina această lucrare. Abundența diferitelor modele de generatoare MHD sugerează că până la solutie optimaîncă departe. Iar informația că fluidul de lucru ideal pentru generatoarele MHD este plasma de fuziune termonucleară amână utilizarea lor pe scară largă până la mijlocul secolului nostru.