Плазматроны

Тепловую плазму производят специальные устройства, известные как плазматроны.

В зависимости от первичного источника энергии, которым может быть постоянный ток (Direct Current), переменный ток (Alternating Current) или частота радиоволн (Radio Frequency), мы говорим о DC, AC, RF, ICP (Inductively Coupled Plasma) плазматронах.

На основе действия плазмотроны делятся на два типа. Первый тип – это тип с прямым действием (transferred), когда электрическая дуга образуется между одним электродом и обрабатываемым материалом и исходит из пространства разрядной камеры плазмотрона. А второй тип – это тип с косвенным действием (non transferred), когда электрическая дуга образуется между двумя электродами и не исходит из пространства разрядной камеры плазмотрона.

Стандартный плазматрон DC состоит, например, из вольфрамового катода (гафний, цирконий, графит) и анода в виде медного сопла с водяным охлаждением. Эти два электрода отделены друг от друга изолятором, который имеет ввод для газа-носителя.

Газ-носитель проходит через зазор между электродами и через дуговой разряд, созданный между электродами. Высокая температура разряда ионизирует газ, превращая в термическую плазму. Корпус плазмотрона состоит из холодильной камеры для катода и анода.

В плазмотрон поступает газ для образования плазмы, охлаждающая вода и электроэнергия из соответствующих источников.

Различия между отдельными типами плазмотронов в основном заключаются в способе стабилизации дугового разряда, геометрии электродов, типе газа-носителя, способа охлаждения электродов и способа перемещения газа-носителя.

Преимущества плазмотрона:

• Стабильная работа при различной мощности
• Легкое управление мощностью и возможность легко автоматизировать весь процесс
• Возможность работы с несколькими газами-носителями (воздух, инертные газы, водяной пар, СО и СО2, углеводородные газы, пары различных жидкостей, азот и различные смеси этих газов)
• Достижение высокой температуре (3000 – 20000°C)
• Высокая плотность энергии (> 100 MВт/м3)
• Продолжительный срок службы электродов
• Конструкция была проверена в промышленных условиях (плавление металлов)

Дополнительное оборудование, необходимое для работы плазменных горелок

• Система охлаждения zобеспечивает охлаждение электродов плазматрона деминерализованной водой, а в некоторых случаях и источника электроэнергии.
• Источник рабочего газа – Эта система снабжает плазматрон выбранным сжатым газом (как правило, 1 МПа), который необходим для образования плазмы (в зависимости от требований технологического процесса) в необходимом количестве и позволяет регулировать это количество. В большинстве случаев эта система поставляется совместно с плазматроном, т.к. координация выбора рабочего газа и его потока имеет важное значение для стабильной работы плазматрона.
• Источник электроэнергии – это неотъемлемая часть всей системы управления мощностью плазмотрона. Специально разработанная электрическая схема обеспечивает высоко стабилизированный дуговой разряд при различных нагрузках. Стабилизированный дуговой разряд означает более точное управление всем процессом. В соответствии с потребностями конкретного процесса мощность источника электроэнергии может составлять от нескольких кВт до нескольких МВт.
• Блок инициализации (зажигания) – блок инициализации дуги обеспечивает начало процесса и автоматическую перезагрузку в случае прерывания. Основным элементом этого блока является генератор высокого напряжения.
• Система управления – Система управления предназначена для управления источником электрического тока и прочего технологического оборудования. Она также осуществляет мониторинг процесса с помощью PLC (Programmable Logic Controller).