2. Các điện cực nĩng chảy:
6.2. THIẾT BỊ TẠO PLASMA NHIỆT ĐỘ THẤP (plasmatron)
Đĩ là thiết bị kỹ thuật điện, trong đĩ viêc đốt nĩng khí tạo plasma được thực hiện nhờ sự phĩng điện. Các bộ phận chủ yếu của plasmatron là: điện cực, buồng phĩng điện, bộ phận tạo ra luồng plasma, hệ thống đầu phun ngọn lửa plasma, hệ thống điều khiển sự phĩng điện hồ quang. Để kéo dài tuổi thọ các điên cực trong plasmatron, người ta chế tạo chúng từ các vật liệu khĩ nĩng chảy (than, Mo, W, Zr …). Đối với các điện cực làm từ vật liệu dễ nĩng chảy như đồng chẳng hạn thì phải áp dụng các biện pháp để tạo sự di động liên tục của chân hồ quang cháy trên chúng, mục đích nhằm tạo ra sự phân bố nhiêt trên một diện tích lớn của bề mặt điện cực hoặc phải áp dụng biện pháp giải nhiệt điện cực bằng nước. Thơng thường các điện cực loại này cĩ hình ống hoặc hình vành.
Trong kết cấu của plasmatron được trình bày ở (H.6.1), hồ quang cháy giữa các điện cực catơt (cathode) và anốt (anode) hình vành được giải nhiệt bằng nước.
Các vành điện cực anode được ngăn cách với nhau bởi các vách ngăn cách điện. Bề mặt xung quanh của các điện cực hình vành đươc làm mát bởi một lớp khí lạnh cĩ hệ số dẫn nhiêt thấp, viø vậy hồ quang cháy ở bên trong rãnh đạt mật độ và nhiệt độ cao.
Nếu dọc theo rãnh hồ quang, các vành điện cực khơng găn cách với nhau thì luồng khí thổi dọc rãnh bị đốt nĩng và bị mất khả năng cách điện, khi đĩ sẽ xảy ra hiện tượng đánh thủng qua lớp khí nĩng giữa hồ quang và điện cực hình vành. Hiện tượng này được gọi là sự nối tắt hồ quang.
Hình 6.2: trình bày sơ đồ nguyên lý của plasmatron với hệ thống ổn định hồ quang bằng luồng khí xốy. Khơng khí được đưa vào buồng đốt 1 qua các rãnh tiếp tuyến 6 sẽ tao ra luồng xốy xung quanh trục hồ quang 3 cháy giữa các điện cực 2 và 4. Nhờ quá trình trao đổi nhiêt mạnh, luồng khí xốy bị đốt nĩng và trở thành plasma thổi ra ngồi miệng plasmatron. Dưới tác độg của luồng khí xốy, chân hồ quang luơn di động trong ống điện cực 4 nhờ đĩ đãm bảo cho ống cực cĩ tuổi thọ cao.
Ngọn lửa plasma tạo ra từ mơi trường khí Nitrơ và khơng khí ở plasmatron loại này khơng vượt quá 5.103 đến 6.103oK.
Hiệu suất của thiết bị: = H.G/U.I
Với H là độ chênh lệch entapi giữa khí bị đốt nĩng và khí nguội. G là chi phí chất khí trên 1 giây.
Hình 6.3: trình bày sơ đồ plasmatron cĩ kết cấu tương đối hồn chỉnh với điện cực vành và dùng biện pháp đưa khí tạo plasma giữa các vành điện cực. Nhờ đĩ cho phép ha thấp điện áp hồ quang (H.6.4) là sơ đồ plasmatron với từ trường ổn định hồ quang.
Hồ quang ở đây cháy giữa các điện cực 1 và 2. Từ trường sinh ra từ cuộn dây solenoid 3. Luồng khí đi qua giữa các điện cực được hồ quang đốt nĩng nhanh chĩng và thốt ra khỏi miệng plasmatron dưới dạng ngọn lửa plasma. Dưới tác động của từ trường, hồ quang bị dồn nén vào khu vực trung tâm dọc theo trục của thiết bị và bị quay. Tốc độ quay của hồ quang tỷ lệ với giá trị dịng điện hồ quang và cường độ từ trường của cuộn dây.
Nhờ chuyển động quay này, chân hồ quang luơn di động bên trong điện cực hình ống 2 vì vậy kéo dài được tuổi thọ của nĩ. Điện cực trung tâm 1 được làm từ vật liệu khĩ nĩng chảy. Hiệu suất của thiết bị đạt 0,52 đến 0,76 chủ yếu phụ thuộc vào sự tổn thất trong điện cực hình ống.
Hình 6.5: trình bày sơ đồ nguyên lý của các plasmatron cảm ứng tần số cao. Ở đây khí được đốt nĩng nhờ dịng điện xốy (dịng Foucault).
Cũng tương tự nhơ ở phương pháp đốt nĩng cảm ứng trong mơi trường dẫn ở đây luồng khí dẫn được đốt nĩng với từ trường xoay chiều tần số từ 6,3 KHz đến 20MHz. Đầu tiên để tạo ra mơi trường dẫn điện cần phải đốt nĩng sơ bộ chất khí tạo plasma bằng ngọn lửa hồ quang, sau đĩ trong buồng đốt sẽ tự tồn tại quá trình phĩng điện tĩnh.
Độ thấm sâu của dịng điện xốy trong khối khí dẫn được xác định bởi biểu thức:
(6.1) với là điện trở suất của plasma, f là tần số.
là độ từ thẩm, đối với plasma = 1
Điện trở suất của khí argon, nitrogen, oxygen ở nhiêt độ 150000K tương ứng sẽ là 0,01 ; 0,025 ; 0,1 ( .cm)