Что в архиве:
Оформление квалификационной работы:

Расчетно-пояснительная записка на _54__ листах формата А4.

Перечень графического (иллюстративного) материала (чертежи, плакаты, слайды и т.п.)
__Плакаты А1 – 5 шт., Чертежи А4 – 2 шт._

РЕФЕРАТ

Расчетно-пояснительная записка состоит из 54 страниц, 11 рисунков, 1 таблицы,1 приложения, использовано 12 источников.
Элементом разработки и проектирования является машинный генератор плазмы для резки металла.
Цель работы: спроектировать машинный генератор плазмы для резки металла.
В ходе работы был проведен критический обзор рынка плазмотронов в России, была спроектирована конструкция машинного плазмотрона для резки металла и спроектированы принципиальные схемы: электрическая, системы охлаждения, системы подачи рабочего газа для данной конструкции.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ............................................................................................................. 5
СОДЕРЖАНИЕ.................................................................................................... 6
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... 7
1 Критический обзор рынка плазмотронов в России......................................... 10
2 Расчет параметров плазмотрона...................................................................... 14
2.1 Определение основных параметров и размеров плазмотрона...................... 14
2.2 Определение ресурса катода........................................................................ 25
2.3 Определение тепловых потоков в элементы конструкции........................... 27
3 Расчет гидравлических сопротивлений........................................................... 30
4 Техническое описание конструкции плазмотрона.......................................... 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................. 46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............................................ 47
ПРИЛОЖЕНИЕ А.............................................................................................. 48

ВВЕДЕНИЕ

Генераторы плазмы (плазмотроны) – источники плотной низкотемпературной плазмы, которая в свою очередь находит множество применений в промышленности. Основным предназначением плазмотронов является получение и нагрев плазменных потоков, которые затем используются для выполнения требуемых технологических задач. К выполнимым технологическим задачам относятся: сварка, резка, бурение, напыление порошковых материалов, осуществление химических реакций в плазменной среде, переплавка и восстановление материалов, а также сжигание и переплав отходов [1].
В настоящее время существует огромное количество различных плазмотронов с различными применениями, конструкциями и параметрами, что в свою очередь приводит к большому количеству признаков классификации плазмотронов, например: по форме электрического разряда, способу стабилизации разряда, типу охлаждения, характерному расположению дуги, рабочим параметрам плазмотрона [2].
В качестве проектируемого в ходе работы генератора плазмы был выбран машинный плазмотрон для резки металлов. Данный плазмотрон относится к электродуговым плазмотронам с внешней дугой. Главным предназначением таких плазмотронов является нагрев рабочих газов до высоких (тысячи градусов) температур и вынос плазменного столба за пределы плазмотрона.
В качестве источника нагрева рабочего газа в плазмотроне выступает электрическая дуга, которая питается от постоянного или переменного тока. В настоящее время подавляющее большинство плазмотронов работает на постоянном токе, так как дуга постоянного тока горит более устойчиво по сравнению с дугой переменного тока. Это связано с тем, что при использовании переменного тока за один период дважды проходится ноль, следовательно дуга периодически погасает и заново зажигается, что в свою очередь и приводит к неустойчивому горению дугового разряда [3].
В плазмотроне для резки металла разряд горит между катодом плазмотрона и обрабатываемым изделием, которое выступает в роли анода и находится под положительным потенциалом. Основной технологической характеристикой плазмотрона для резки металла является ток разряда, от которого зависит большинство параметров и характеристик плазмотрона.
В качестве рабочего газа в плазмотронах для резки металла используют множество различных газов, наиболее часто применяются воздух, аргон, азот, смеси этих газов с кислородом и водородом. Наиболее универсальным газом служит воздух, который подходит для резки алюминия, меди, низкоуглеродистой и нержавеющей сталей [2].
Основными элементами конструкции плазмотрона являются: корпус, катод, изолирующие вставки и сопло. Корпус необходим для подвода электрического тока и монтажа катода, а также прочих элементов конструкции. При помощи диэлектрических вставок выполняется изоляция корпуса и катода от сопла, что необходимо для зажигания дуги. Сопло применяется для обжатия столба дуги (стабилизация стенкой), а также в качестве вспомогательного электрода для зажигания дуги. Зажигание дуги происходит при помощи осциллятора, который подключен к катоду и к соплу. Ввиду небольшого зазора между катодом и соплом происходит высоковольтный высокочастотный пробой промежутка катод-сопло и в месте пробоя зажигается дуга (дежурная, вспомогательная), которая стабилизируется вихрем рабочего газа и его потоком выталкивается за пределы сопла плазмотрона образуя струю плазмы. Когда струя касается металла под положительным потенциалом возникает рабочая (режущая) дуга [4].
Суть процесса плазменной резки – это местное расплавление соответственно и выдувание раскаленного металла с образованием своеобразной полости реза во время перемещения непосредственно плазмотрона относительно обрабатываемого металла. В плазмотронах для резки металла струя рабочего газа за счет скоростного напора выдувает (удаляет) расплавленный материал из полости реза, обеспечивая при этом высокую производительность процесса [5].
В качестве охлаждающей среды в плазмотронах применяют воздух (при токах разряда до 200 А) или воду, при водяном охлаждении возникает проблема необходимости уплотнения всех полостей для предотвращения попадания воды на обрабатываемое изделие или дугу плазмотрона.
Катоды в плазмотронах для резки металлов выполняются стержневыми или же торцевыми с термоэмиссионной вставкой внутри медной державки. В качестве материалов термоэмиссионной применяются вольфрам (для работы с инертными газами), гафний и цирконий (для работы с воздухом). Катоды крепятся к корпусу при помощи плотных посадок или резьбового соединения, а стержневые катоды фиксируются в цанге [2].
Основными преимуществами плазменно-дуговой резки металла являются: высокая скорость резки металла, широкий спектр обрабатываемых металлов, простота процесса резки, высокая точность и чистота реза (машинные плазмотроны устанавливаются на станки с ЧПУ), сравнительная экономичность процесса (расходуется только рабочий газ и электроэнергия).

1 Критический обзор рынка плазмотронов в России

Перед проектированием генератора плазмы целесообразно провести анализ рынка для определения необходимости и актуальности проектирования генератора плазмы. Ввиду многообразия существующих плазмотронов в ходе критического обзора рынка рассматривались электродуговые плазмотроны сгруппированные по способу их применения.
Одним из наиболее распространенных применений плазмотронов являются плазмотроны для ручной плазменно-дуговой резки, что подтверждается наличием огромного количества как отдельно плазмотронов, так и готовых агрегатов (плазмотрон, источник питания, расходные материалы и необходимая оснастка) со всевозможными характеристиками и крайне различными ценовыми категориями (разброс от 17 до 417 тысяч рублей).
Преимущественно на российском рынке представлены модели зарубежных плазмотронов, которые реализуют свою продукцию через поставщиков или собственные представительства в России.