Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Марта 2013 в 11:11, реферат
Устройство, которое служит для генерации низкотемпературной плазмы, получило название плазмотрон. Плазмотроны или генераторы низкотемпературной плазмы, действие которых основано на нагреве газа электрической дугой в ограниченном пространстве, находят все более широкое использование в различных отраслях науки и производства: технике высоких температур, аэродинамике, металлообработке, металлургии, химии и др. Многообразие областей применения и функций, выполняемых плазмотронами, обусловливается их чрезвычайно высокой эффективностью при сравнительно простой конструкции и низкой стоимости.
Введение ....................................................................................................................5
1 Составление расчётной схемы плазмотрона ........................................................7
2 Расчёт плазмотрона ................................................................................................10
2.1 Расчёт рабочих параметров и геометрических размеров
плазмотрона .......................................................................................................10
2.2 Расчёт системы охлаждения............................................................... ....12
2.3 Расчёт ресурса работы плазмотрона ....................................................16
3 Определение характеристик плазмотрона ..........................................................18
3.1 Вольтамперная характеристика ............................................................18
3.2 Тепловые характеристики .....................................................................19
4 Выбор источника питания плазмотрона ..............................................................21
5 Технологическое применение плазмотрона ........................................................23
6 Научно-исследовательская работа студента .......................................................25
Выводы .......................................................................................................................27
Перечень ссылок .....................................................................................................28
Приложение А Расчёт рабочих параметров и геометрических размеров
плазмотрона в MathCAD ..................................................................................29
Приложение Б Расчёт зависимости теплового КПД от расхода газа
В научно-исследовательской работе студента необходимо исследовать зависимость теплового КПД от расхода рабочего газа. Для этого мы фиксируем все геометрические параметры плазмотрона, начальную температуру газа, давление газа на выходе из плазмотрона и силу тока. Вследствие того, что при одинаковом значении диаметра разрядного канала при изменении расхода газа скорость газа будет изменяться, то будут изменяться такие параметры плазмотрона, как энтальпия газа на выходе из плазмотрона (функция температуры), силы тока, напряжение и тепловой КПД. Поэтому решим систему уравнений (2.1), (2.2), (2.4), (2.5) для указанных четырёх параметров для диапазона изменения расхода от 0.5G до 1.5G при помощи MachCAD (смотри приложение Б).
По найденным значениям теплово
Таблица 6.1 Зависимость теплового КПД от расхода рабочего газа
G, 10-3 кг/с |
1,5 |
1,8 |
2,1 |
2,4 |
2,7 |
3 |
3,3 |
3,6 |
3,9 |
4,2 |
4,5 |
η |
0,68 |
0,69 |
0,705 |
0,72 |
0,732 |
0,741 |
0,748 |
0,752 |
0,757 |
0,761 |
0,763 |
Построим график зависимости напряжения на дуге от разрядного канала (см. рис. 6.1).
Из графиков видно, что тепловой КПД увеличивается с увеличением расхода газа. Это объясняется тем, что при постоянном диаметре разрядного канала скорость газа при увеличении его расхода будет увеличиваться, что приведёт к уменьшению времени контакта газа с охлаждаемыми стенками плазмотрона. Таким образом, газ нагревается до другой температуры, а тепловой поток в катод и сопло уменьшается вследствие изменения времени контакта с ними. Т.е. уменьшаются тепловые потери, тем самым приводя к увеличению теплового КПД.
Рисунок 6.1 – Зависимость теплового КПД плазмотрона от расхода рабочего газа(воздуха)
ВЫВОДЫ
Современная промышленность требует создания установок плазменно-дуговой резки с широким диапазоном технологических возможностей. Толщина разрезаемого металла может изменяться в диапазоне от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, требуется разрезать не только сталь, но и цветные металлы и их сплавы, не только листовой металл, но и другие виды проката, а также разнообразное литье.
Поэтому важной является задача создания установок в целом и плазмотронов, в частности, с контролируемыми и управляемыми параметрами, что позволяет оптимизировать работу установки в тех или иных технологических условиях.
А данной курсовой работе был рассчитан плазмотрон прямого действия со следующими характеристиками: напряжение на дуге 147 В, ток дуги 243 А, тепловой КПД составляет 73,2%, мощность плазмотрона составляет около 36 кВт. Рабочий газ – воздух, начальная температура которого составляет 300 К, конечная – 4500 К. Катод – термохимический, с циркониевой вставкой. Анода нет. Сопло из карбида бора. Ресурс работы плазмотрона – 60 часов. Был произведён расчет системы охлаждения.
Кроме того, в научно-исследовательской работе студента была рассмотрена зависимость теплового КПД плазмотрона от расхода рабочего газа. Приведены таблица и график, отображающие эту зависимость.
В работе даны рекомендации по выбору источника питания для плазмотрона, указаны его основные технические характеристики. Этим источником питания может стать источник питания типа БЭП-80.
Рассмотрены возможные варианты технологического применения плазмотрона: в процессах плазменной резки, сварки, плавки и наплавки металлов с высокой температурой плавления.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1 Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Наука, 1972. – 720 с.
2 Основы расчета плазмотронов линейной схемы /М.Ф. Жуков, А.С.Аньшаков.
3 Быховский Д.Г. Плазменная резка. – Л.: Машиностроение, 1972. – 168с.
4 Электродуговые и высокочастотные плазмотроны в химико-металлургических процессах / В.Л. Дзюба, Г.Ю. Даутов, И.Ш. Абдуллин. – К.: Вища шк., 1991. –170 с.: ил.
5 М.П. Шалимов, В.И. Панов "Сварка Вчера, Сегодня, Завтра". Екатеринбург, 2006. – 87 с.
6 Промышленное применение низкотемпературной плазмы: Учеб. пособие. – Алчевск: ДГМИ, 1993. – 59 с.
7 Фарнасов Г.А. и др. Плазменная плавка. М., "Наука", 1965. – 143 с.
Приложение А
Расчёт рабочих параметров и геометрических размеров плазмотрона в MathCAD
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Расчёт зависимости теплового КПД от расхода газа