Устройство для возбуждения факельного разряда



Устройство для возбуждения факельного разряда
Устройство для возбуждения факельного разряда
Устройство для возбуждения факельного разряда
H05H1/24 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2713214:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (RU)

Изобретение относится к получению плазмы, а именно к устройствам для генерирования плазмы с использованием внешних электромагнитных полей и может применяться для ионно-плазменной обработки поверхностей различных материалов. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения. Устройство для возбуждения факельного разряда содержит вертикальную диэлектрическую трубку, установленную в паз диэлектрического фланца, в осевом отверстии которого размещен силовой электрод в виде сплошного стержня из меди так, что один его конец закруглен и расположен внутри диэлектрической трубки, а другой конец выведен за её пределы и электрически связан с высокочастотным генератором. В нижней части диэлектрической трубки выполнен основной патрубок, ориентированный наружу тангенциально. Над основным патрубком, на уровне закругленного конца силового электрода, выполнен дополнительный патрубок, ориентированный наружу радиально. Внешний электрод из меди через отверстие в его центральной части размещен на дополнительном патрубке и расположен с воздушным зазором относительно внешней стенки диэлектрической трубки. Внешний электрод выполнен формой, повторяющий форму внешней стенки диэлектрической трубки. Баллон, наполненный сжатым газом, через редуктор соединен трубопроводами с основным патрубком и через газовый клапан - с дополнительным патрубком. К генератору последовательно подключены амперметр и реле, которое связано с газовым клапаном и генератором. 3 ил.

 

Изобретение относится к получению плазмы, а именно к устройствам для генерирования плазмы с использованием внешних электромагнитных полей и может применяться для ионно-плазменной обработки поверхностей различных материалов.

Известен газовый реактор с СВЧ-возбуждением [RU 91498 U1, МПК (2006.01) H05H1/00, G21B1/00, G21K1/00, опубл.: 10.02.2010], содержащий камеру из тугоплавкого диэлектрического материала с патрубками для подвода газового реагента в полость камеры и вывода отработанного реагента из полости камеры. Патрубок для подвода газового реагента в полость камеры снабжен обратным клапаном. Корпус камеры реактора установлен в резонаторе импульсного генератора электромагнитных волн. Генератор электромагнитных волн (СВЧ-генератор) выполнен в виде магнетрона или пролетного клистрона. С противоположных сторон камеры установлены тугоплавкие электроды, одни концы которых выведены в полость камеры, а другие соединены с высоковольтным разрядником (накопителем энергии). СВЧ-выход генератора соединен волноводом с его резонатором, который выполнен из токопроводящего материала сферичеcкой или прямоугольной формы. Высоковольтный разрядник выполнен в виде индуктивного или емкостного накопителя энергии с регулируемой частотой следования модулирующих, подаваемых на генератор, и пачек разрядных импульсов, подаваемых на электроды. Разрядник и генератор электромагнитный волн образуют источник накачки газового реагента камеры. Управляющий вход разрядника источника накачки соединен с выходом управляемого по частоте следования и длительности импульсов генератора. Генератор выполнен в виде блокинг-генератора или широтно-импульсного модулятора с цифровым управлением. Камера снабжена высоковольтным разрядником, электроды которого выведены в полость камеры.

Известно устройство для создания импульсного индукционно-емкостного продольного разряда в газовых средах [RU 2422958 C2, МПК H01S3/09 (2006.01), опубл. 27.06.2011], содержащее емкостный генератор накачки, подключенный к индуктору возбуждения, состоящему из n соленоидов, соединенных параллельно и плотно намотанных на диэлектрическую трубку с активной газовой смесью. С одной стороны диэлектрической трубки расположено плоское диэлектрическое зеркало, а на ее торцах выполнены герметизирующие юстировочные узлы с плоскопараллельными пластинами из кварца, в одном из которых расположен полый катод. Общая индуктивность индуктора возбуждения выбрана из условия ≤ 500 нГн, а на каждый соленоид индуктора возбуждения намотано m ≤ 20 витков медной шиной с шагом намотки W/5, где W - ширина медной шины. Общая обмотка токопровода индуктора возбуждения соединена с обратным токопроводом и заземлена с полым катодом юстировочного узла. Выходное напряжение емкостного генератора накачки представляет собой импульсы длительностью менее 100 нс и амплитудой, превышающей напряжение пробоя газового промежутка в герметичном цилиндре трубке между полым катодом и ближним витком соленоида.

Известно устройство для возбуждения высокочастотного факельного разряда [RU 2499373 C1, МПК H05H1/24 (2006.01), опубл. 20.11.2013], принятое за прототип, содержащее диэлектрическую трубку, установленную в паз диэлектрического фланца. В осевом отверстии фланца размещен полый силовой электрод так, что его один конец заглушен и расположен внутри диэлектрической трубки, а другой конец выведен за ее пределы и электрически связан с высоковольтным электродом высокочастотного генератора. Конец силового электрода, расположенный за пределами диэлектрической трубки, снабжен двумя штуцерами, причем первый штуцер, расположенный на наружном конце силового электрода, соединен с системой водоснабжения, а второй штуцер, ориентированный перпендикулярно оси силового электрода, соединен с системой канализации. На силовом электроде, находящемся внутри диэлектрической трубки, радиально под острым углом к его оси установлен дополнительный электрод, конец которого заострен и направлен к месту соприкосновения диэлектрической трубки и внешнего электрода, установленного на внешней поверхности диэлектрической трубки. Внешний электрод своей вогнутой стороной охватывает часть внешней поверхности диэлектрической трубки. Внешний электрод установлен на одном конце штанги с возможностью перемещения параллельно оси диэлектрической трубки. Другой конец штанги через закрепленную на ней электроизолирующую вставку соединен с механическим приводом.

Для инициирования разряда перемещают внешний электрод вдоль диэлектрической трубки, сближая при этом внешний и дополнительный электроды. В момент инициирования барьерного разряда между внешним и силовым электродами на внешнем электроде появляется высоковольтное напряжение, что небезопасно для персонала и может вызвать развитие аварийной ситуации - воспламенение и возникновение пожара, а также снижает срок эксплуатации диэлектрической трубки. Кроме того, происходит испарение материала дополнительного электрода, что загрязняет воздушное пространство вблизи силового электрода.

Техническим результатом предложенного изобретения является расширение арсенала средств для возбуждения факельного разряда.

Предложенное устройство для возбуждения факельного разряда, так же как в прототипе, содержит вертикальную диэлектрическую трубку, установленную в паз диэлектрического фланца, в осевом отверстии которого размещен силовой электрод из меди так, что один его конец расположен внутри диэлектрической трубки, а другой конец выведен за ее пределы и электрически связан с высокочастотным генератором, внешний электрод выполнен формой, повторяющей форму внешней стенки диэлектрической трубки.

Согласно изобретению силовой электрод выполнен в виде сплошного стержня. Конец силового электрода, расположенный внутри диэлектрической трубки, закруглен. В нижней части диэлектрической трубки выполнен основной патрубок, ориентированный наружу тангенциально. Над основным патрубком, на уровне закругленного конца силового электрода, выполнен дополнительный патрубок, ориентированный наружу радиально. Внешний электрод из меди через отверстие в его центральной части размещен на дополнительном патрубке и расположен с воздушным зазором относительно внешней стенки диэлектрической трубки. Баллон, наполненный сжатым газом, через редуктор соединен трубопроводами с основным патрубком и через газовый клапан - с дополнительным патрубком. К генератору последовательно подключены амперметр и реле, которое связано с газовым клапаном и генератором.

Размещение внешнего электрода на дополнительном патрубке снаружи диэлектрической трубки, с воздушным зазором относительно ее внешней стенки, уменьшает опасность для персонала и аппаратуры за счет отсутствия проводящих электрический ток деталей, находящих под высоким напряжением.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для возбуждения факельного разряда.

На фиг. 2 показан вид сверху предлагаемого устройства.

На фиг. 3 приведены зависимости потенциала зажигания Uпр от произведения давления p инертного газа на расстояние d между силовым и внешним электродами.

Устройство для возбуждения факельного разряда содержит вертикально расположенную диэлектрическую трубку 1, например, из кварцевого стекла, один торец которой заглушен фланцем из фторопласта. Через осевое отверстие во фланце вставлен силовой электрод 2 так, что его закругленный конец расположен внутри диэлектрической трубки, а другой конец расположен за пределами трубки 1 и соединен с высокочастотным генератором 3 (Г). К высокочастотному генератору 3 (Г) последовательно подключены амперметр 4 и реле 5 (Р), которое соединено с генератором 3 (Г).

В нижней части боковой поверхности диэлектрической трубки 1 выполнен основной 6 патрубок, ориентированный наружу тангенциально. Выше основного патрубка 6, выполнен дополнительный патрубок 7, который ориентирован наружу радиально и расположен на уровне закругленного конца силового электрода 2.

Внешний электрод 8 выполнен формой, повторяющей форму внешней стенки диэлектрической трубки 1 и через отверстие в его центральной части размещен на дополнительном патрубке 7 с воздушным зазором относительно внешней стенки диэлектрической трубки 1.

Основной патрубок 6 соединен трубопроводом с баллоном 9 (Б), снабженным редуктором и наполненным сжатым газом, например, аргоном. Дополнительный патрубок 7 через газовый клапан 10 (ГК) соединен трубопроводом с баллоном 9 (Б). Реле 5 (Р) подключено к газовому клапану 10 (ГК).

В качестве высокочастотного генератора 3 (Г) может быть использован высокочастотный генератор ВЧГ 2-4/27 с выходным напряжением 7 кВ, электрической мощностью 4 кВт и частотой 27,12 МГц. Силовой электрод 2 в виде сплошного стержня и внешний 8 электроды могут быть выполнены из меди. В качестве реле 5 (Р) может быть использовано реле PT570024, в качестве газового клапана 10 (ГК) - электромагнитный газовый клапан EVGNC Ду15, который срабатывает менее чем за 1 секунду.

От генератора 3 (Г) подают высокочастотное напряжение на силовой электрод 2. Одновременно через основной 6 и дополнительный 7 патрубки из баллона 9 (Б) при открытом газовом клапане 10 (ГК) подают сжатый газ в область заглушенного торца диэлектрической трубки 1. регулируя при этом с помощью редуктора давление и скорость подачи газа. Из дополнительного патрубка 7, ориентированного радиально относительно диэлектрической трубки 1, сжатый газ формирует канал между силовым 1 и внешним 8 электродами, имеющий малую электрическую прочность. Внутри диэлектрической трубки 1 возникает напряжение пробоя газового промежутка, которое определяется по закону Пашена в зависимости от давления газа (фиг. 3).

Менее чем, через 1 секунду происходит формирование барьерного разряда между силовым 2 электродом и внутренней стенкой диэлектрической трубки 1 в области расположения внешнего электрода 8 за счет емкостной связи. Канал барьерного разряда формирует условия для образования факельного разряда от конца силового 2 электрода за счет разогрева газа вокруг него и диффузии к силовому 2 электроду свободных электронов. Появление факельного разряда увеличивает электрический ток в сети питания высокочастотного генератора 3 (Г). При достижении определенной величины тока, который контролирует амперметр 4, с помощью реле 5 (Р) закрывают клапан 10 (ГК) и прерывают поток сжатого газа через дополнительный патрубок 7. При этом продолжают подавать газ через основной патрубок 6 и поддерживают факельный разряд. Сжатый газ, поступающий через основной патрубок 6, ориентированный тангенциально, формирует закрученный поток холодного газа в периферийной области диэлектрической трубки 1, что в свою очередь снижает тепловую нагрузку на диэлектрическую трубку 1.

Для прекращения факельного разряда отключают генератор 3 (Г) и прекращают подачу газа через основной патрубок 6.

Устройство для возбуждения факельного разряда, содержащее вертикальную диэлектрическую трубку, установленную в паз диэлектрического фланца, в осевом отверстии которого размещен силовой электрод из меди так, что один его конец расположен внутри диэлектрической трубки, а другой конец выведен за её пределы и электрически связан с высокочастотным генератором, внешний электрод выполнен формой, повторяющей форму внешней стенки диэлектрической трубки, отличающееся тем, что силовой электрод выполнен в виде сплошного стержня, конец силового электрода, расположенный внутри диэлектрической трубки, закруглен, в нижней части диэлектрической трубки выполнен основной патрубок, ориентированный наружу тангенциально; над основным патрубком на уровне закругленного конца силового электрода выполнен дополнительный патрубок, ориентированный наружу радиально, внешний электрод из меди через отверстие в его центральной части размещен на дополнительном патрубке и расположен с воздушным зазором относительно внешней стенки диэлектрической трубки, баллон, наполненный сжатым газом, через редуктор соединен трубопроводами с основным патрубком и через газовый клапан – с дополнительным патрубком, к генератору последовательно подключены амперметр и реле, которое связано с газовым клапаном и генератором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электрометаллургии и может быть использовано для прецизионной сварки, наплавки и изготовления деталей способом 3D-печати. Техническим результатом явяляется повышение эффективности способа пространственной стабилизации дуги.

Изобретение относится к области ионно-лучевой вакуумной обработке материалов и может быть использовано в плазменных источниках заряженных частиц и, в частности, в машиностроении для упрочнения режущего инструмента, повышения эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов.

Изобретение относится к области физики плазмы, газового разряда, сильноточной электроники и т.д. и может быть использовано для генерации магнитоактивной низкотемпературной плазмы в больших объемах в целях проведения научно-исследовательской деятельности.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано, например, в качестве импульсного источника электромагнитного излучения и направленных потоков заряженных частиц.

Изобретение относится к плазменной технологии в металлургическом производстве, а именно к способам и устройствам для переработки дисперсных материалов, и может быть использовано для получения чистых элементов.

Изобретение относится к получению порошка металлов, сплавов и металлических соединений из проволоки. Плазменно-дуговой реактор содержит корпус, первый электрод и размещенный на расстоянии от него второй электрод, причем первый электрод выполнен с каналом, выпускное отверстие которого выходит в пространство между первым и вторым электродами, средство для формирования плазменной дуги в пространстве между первым и вторым электродами, средство для подачи проволоки через упомянутое выпускное отверстие канала в пространство между первым и вторым электродами и камеру пассивирования, выполненную с возможностью подачи в нее паров проволоки и размещенную с образованием кольцевой щели с поверхностью корпуса для ввода газа.

Изобретение относится к соплам для головки плазменно-дуговой горелки с жидкостным охлаждением. Сопло включает корпус с общей осевой длиной L, внутренней поверхностью и внешней поверхностью, с передним и задним концами и с отверстием сопла на переднем конце, причем внешняя поверхность корпуса, исходя от заднего конца, имеет по существу цилиндрический первый участок с осевой длиной L1, на котором на заднем конце корпуса находится простирающая, преимущественным образом, в окружном направлении канавка для кольца круглого сечения или с расположенным в ней кольцом круглого сечения, которая в направлении заднего конца корпуса ограничена выступом, который задает внешний диаметр D11 корпуса, а на переднем конце находится центрирующая поверхность для держателя сопла, которая задает внешний диаметр D12 корпуса, и примыкающий к нему в направлении переднего конца второй участок, который задает осевую упорную поверхность для держателя сопла на границе с первым участком, которая задает внешний диаметр D21 корпуса и по меньшей мере на частичном участке по существу конусообразно сужается к переднему концу корпуса.

Изобретение относится к плазмотрону для наплавки металлического порошка. Плазмотрон содержит защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока.

Изобретение относится к области генерации низкотемпературной неравновесной аргоновой плазмы при атмосферном давлении, может быть использовано для стерилизации/дезинфекции медицинского инструмента и принадлежностей, обеззараживания микроорганизмов (бактерий, спор, патогенной микрофлоры), в частности, при хранении, сушке, предпосевной обработке продукции сельского хозяйства (семян, овощей, фруктов, кормовых смесей).

Изобретение относится к плазменной горелке, предпочтительно плазменному резаку. Плазменная горелка содержит по меньшей мере один подводящий канал (34, 35) в корпусе (30), через который плазмообразующий газ (PG1 и/или PG2) направляется к отверстию (210) сопла.

Изобретение относится к лазерной технике. Азотный лазер, возбуждаемый продольным электрическим разрядом, содержит цилиндрическую секционированную разрядную трубку с азотом, включающую электроды для зажигания продольного электрического разряда, зарядный и разрядный контуры для импульсного питания разряда и резонатор для формирования лазерного пучка.

Изобретение относится к лазерной технике. Азотный лазер, возбуждаемый продольным электрическим разрядом, содержит цилиндрическую секционированную разрядную трубку с азотом, включающую электроды для зажигания продольного электрического разряда, зарядный и разрядный контуры для импульсного питания разряда и резонатор для формирования лазерного пучка.

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к однополостной двухэлектродной разрядной камере для фотолитографии и к эксимерному лазеру, включающему в себя такую разрядную камеру.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для возбуждения активных сред газовых лазеров. Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах содержит источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения.

Изобретение относится к квантовой электронике. Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда (ОСР) содержит разрядную камеру, в которой установлены подключенные к источнику накачки три электродные пары, каждая из которых состоит из пластинчатых профилированных электродов.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании лазерных систем локации. .

Изобретение относится к лазерной технике и связано с разработкой образцов HF/DF импульсно-периодических химических лазеров (HF/DF-ИПХЛ). .

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к области лазерной техники, и предназначено для использования при создании высокоэффективных и компактных газовых лазеров высокой мощности для индустриального применения, например для высокоточной сварки и резки металлов.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в медицине при лечении внутриполостных инфекций, в микроэлектронике, лазерной химии и в технологических процессах, требующих мощные УФ-излучения.

Изобретение относится к получению плазмы, а именно к устройствам для генерирования плазмы с использованием внешних электромагнитных полей и может применяться для ионно-плазменной обработки поверхностей различных материалов. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения. Устройство для возбуждения факельного разряда содержит вертикальную диэлектрическую трубку, установленную в паз диэлектрического фланца, в осевом отверстии которого размещен силовой электрод в виде сплошного стержня из меди так, что один его конец закруглен и расположен внутри диэлектрической трубки, а другой конец выведен за её пределы и электрически связан с высокочастотным генератором. В нижней части диэлектрической трубки выполнен основной патрубок, ориентированный наружу тангенциально. Над основным патрубком, на уровне закругленного конца силового электрода, выполнен дополнительный патрубок, ориентированный наружу радиально. Внешний электрод из меди через отверстие в его центральной части размещен на дополнительном патрубке и расположен с воздушным зазором относительно внешней стенки диэлектрической трубки. Внешний электрод выполнен формой, повторяющий форму внешней стенки диэлектрической трубки. Баллон, наполненный сжатым газом, через редуктор соединен трубопроводами с основным патрубком и через газовый клапан - с дополнительным патрубком. К генератору последовательно подключены амперметр и реле, которое связано с газовым клапаном и генератором. 3 ил.

Наверх