Теоретична частина
Наша сеть партнеров Banwar
Апарати типу "Алплаз" призначені для задоволення потреб виробничників, ремісників і приватних осіб в портативних, екологічно чистих різаках і зварювальних апаратах.
Спробуємо розібратися, чим вони відрізняються від інших плазмових апаратів. Дл початку трохи теорії.
Серед поширених електродугових способів обробки металів широке застосування знаходять способи, засновані на використанні стислої дуги, що отримали назву плазмодугових способів обробки. Найбільша ефективність досягається у випадках використання плазмової технології для різання, зварювання, наплавлення і напилення. Висока продуктивність і якість різання плазмовим струменем з кожним днем все більше витісняє з технологічних процесів на виробництві такі способи як газо-кисневе різання. Сварка стислою дугою має багато спільного з аргоно-дугового зварювання вольфрамовим електродом, але є більш досконалим способом одержання зварних з'єднань. Найбільш універсальними і досконалими методами нанесення захисних покриттів є наплавка і напилення плазмовою дугою.
Безпосередній вплив на всі технологічні параметри плазмового струменя надає плазмоутворюючого середовища. Як плазмообразующих середовищ застосовуються аргон, гелій, азот, повітря, водні та їх суміші, механізм утворення плазми яких різний.
Низькі енергетичні характеристики і ентальпія аргоновой плазми обмежують її технологічні можливості.
Гелій володіє вищими енергетичними показниками, але через високу вартість і дефіцитності не може мати широкого застосування.
Азот в порівнянні з аргоном має кращі енергетичні та економічні показники, але при нагріванні до високих температур шкідливо впливає на навколишнє середовище.
Повітряна плазма є самою економічною високо енергетичної та доступною з існуючих, проте образующіес нітриди і озон значно погіршують санітарно-гігієнічні умови праці.
Водень має відмінні теплофізичні властивості. Він дозволяє досягти напруженість електричного поля в 2-3 рази вище, ніж в аргоновой дузі, і підвищити енергетичний потенціал стислої дуги, за рахунок високої теплопровідності і ентальпії. Наявність водню в плазмовому струмені сприятливо позначається на якості зварного з'єднання, оскільки водень оберігає розплавлений метал від действи навколишнього середовища. Разом з тим недоліком плазмоутворюючого водневої середовища являетс вибухонебезпечність і знижений ресурс роботи сопла плазмотрона. Висока теплопровідність знижує теплоізоляцію і електроізоляцію сопла від плазмового струменя.
Крім перерахованих вище застосовуються тільки ті також і інші інертні, активні гази і газові з'єднання, якими є, наприклад, водень-аргон, водень-аргон-азот, дистильований аміак-аргон, вуглекислий газ-водень-азот та інші, що володіють комбінованими властивостями - достоїнствами і недоліками , застосування яких определяетс специфічними технологічними вимогами процесу плазмової обробки.
Є дані про створення експериментальних плазмових установок плазмоутворюючого середовищем яких є водяна пара. Водяна пара є ідеальною плазмоутворюючого середовищем, що представляє вдале і дешеве поєднання водню з киснем. Однак, технічні і технологічні складнощі розробки і виготовлення таких приладів не дають можливості їх широкого промислового застосування. Практично водяна пара являетс екологічно-чистим, вибухобезпечним і безвідходним з'єднанням, сприятливо впливає на санітарно-гігієнічні услови праці.
При утворенні плазми води (іонізації) образуетсся два обсягу іонів водню і один об'єм іонів кисню. Дисоціації водяної пари на водень і кисень починається при температурі 1500К з поглинанням тепла (136,8 ккал на один грам-молекулу) і при температурі 2300К становить 1,8%.
Основна маса водяної пари дисоціюють при температурі 4000К. Подальше підвищення температури сприяє дисоціації водню з поглинанням тепла, яке становить 105 ккал на одну грам-молекулу. Відповідно при рекомбінації в області анода (вироби) вивільняється велика кількість енергії, що сприяє інтенсифікації процесу розплавлення металу.
При високих температурах, які мають місце в зоні плазмового струменя, водяна пара може також диссоциировать на водень і гідроксил (ОН). Останній не розчиняється у металі, будучи високоустойчіви з'єднанням і сприяючи тим самим поліпшенню поверхні розплавленого металу (поверхня характеризується металевим блиском).
Великі перспективи использовани водяної пари в якості плазмоутворюючого середовища викликають бажання розробників плазмотронов різних країн шукати технічні рішення, що дозволяють створити такі прилади.
Портативний плазменно-водяний апарат, розроблений в Росії і вироблений серійно (патентна чистота забезпечується 6 міжнародними патентами і заявками), є одним із прикладів, що підтверджують можливість розробки і виробництва такого типу приладів.
Апарат "Алплаз" складається з плазменно-водяний пальника і блоку живлення.
Плазмового пальника виконана в формі пістолета й містить в себ розрядну камеру конструктивно об'єднану з обладнанням паротворення. Об'єднання системи паротворення з розрядною камерою дозволило створити ефективну систему охолодження електродів пальника за рахунок використання теплової енергії, що виділяється на електродах, для паротворення. Такий підхід дозволив створити саморегулюючу систему охолодження (чим більше потужність, що виділяється на електродах пальника, тим більше кількість вироблюваного плазмообразующего пара). 70 грам води, що заливаються безпосередньо в пальник, в залежності від режиму використання вистачає на 16-35 хвилин непреивной роботи.
Блок живлення функціонально виконаний як високочастотний інвертор з нізкопадающей вольтамперної характеристикою. Вихідна потужність регулюється від 200 Вт до 2,2 кВт.
Цей портативний плазмовий апарат дозволяє здійснювати різання, паяння і зварювання чорних і кольорових металів з товщиною листа до 6 мм і діаметром прутка 6-8 мм. При цьому різання металу здійснюється пальником, заправленого водою, а зварювання - пальником, заправленої сорока процентним водним розчином спирту або ацетону.
У висновку слід зазначити, що створення плазмових апаратів, що використовують пари різних рідин як плазмообразующих середу, відкриває широкі перспективи для розробки нових технологічних процесів в різних областях людської діяльності.
Принцип роботи
Основними проблемами проектування і створення плазмових апаратів є питання охолодженн електродів (катода і анода) і створення потоку плазмоутворюючого середовища, причому важливе значення має атомарний склад плазмоутворюючого середовища.
У пропонованому рішенні ці питання взаємопов'язані і створення потоку плазмоутворюючого середовища пов'язано з охолодженням електродів.
Після порушення дуги між електродами (соплом-анодом 5 і катодом 6) вони починають розігріватися. Оскільки вони виконані з міді, що володіє високою теплопровідністю, і сопло-анод стикається з мідним випарником 4, теплова енергі йде від електродів всередину резервуара з водою 3. Вода, в свою чергу, починає випаровуватися, споживаючи при цьому велику кількість тепла (2 256 кДж / кг) тим самим охолоджуючи електроди.
У той же брешемо утворюється пар і увелічіваетс тиск, під дією якого водяна пара виходить з герметичного корпусу пальника по каналах випарника через розрядну камеру і сопло пальника. При чому при проходженні по каналах випарника пар додатково розігрівається, охолоджуючи випарник, сопло і катод.
Проходячи по тангенціальним каналам між випарником і соплом, потік пара завихряется і потрапляючи в розрядну камеру 7, обжимає електричну дугу, тим самим стабілізуючи її в просторі.
При проходженні через дугу починається процес іонізації пара і водяна пара переходить в четвертий агрегатний стан - плазму води, що має температуру близько 8000 * С.
Принадність такого підходу у зворотний зв'язок між кількістю енергії, що передається пальнику і інтенсивністю охолодженн електродів:
чим більше енергії виділяється на електродах, тим інтенсивніше йде пароутворення і відповідно охолодження електродів.
Це дозволяє пальнику стабільно працювати в широкому діапазоні потужностей - від 200 Вт до 2,2 кВт.
Сайт управляється системою uCoz