Лаб раб 4 П Исследование плазменной струи (774027), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

3. Техническое описание и принцип работы

Портативный плазменный аппарат «Plazarium SP20 » рис. 3 является генератором низкотемпературной плазмы, полученной путём нагрева до температуры ионизации паров рабочей жидкости, заливаемой в горелку перед проведением работ. Аппарат рассчитан на непрерывную работу (коэффициент рабочего цикла ПВ=100%). Аппарат состоит из плазменной горелки и блока питания.

Рис. 3. Общий вид аппарата для плазменной обработки материалов Plazarium SP20: 1 – Источник питания S-20; 2 – Горелка плазмотрон Т-20.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТА

Источник питания S-20

Принцип действия и устройство плазменной горелки

Общая характеристика

Горелка PLAZARIUM Т-20 относится к классу плазменных горелок, использующих пар жидкости в качестве плазмообразующей среды (Steam Plasma Torch).

Функционально роль пара рабочей жидкости сводится к охлаждению наиболее нагруженных частей горелки (сопла и катода), стабилизации столба дугового разряда и выдуванию дуги из сопла.

Система подачи пара работает по «открытой схеме», то есть пар из резервуара самотеком по каналам охлаждения попадает в разрядную камеру и выбрасывается в атмосферу через сопло.

В горелке применена «вытеснительная самогенерирующая» система подачи, в которой избыточное давление в резервуаре создается парами рабочей жидкости, находящейся в резервуаре.

Для организации взаимодействия потока пара с дугой горелка выполнена по коаксиальной схеме с газодинамической стабилизацией дуги и сжатием дуги цилиндрическим соплом. Стабилизация дуги, то есть центрирование дуги относительно оси центрального отверстия сопла, обеспечивается за счет соосности катода и сопла и спирального закручивания потока пара с помощью тангенциальной его подачи в разрядную камеру.

Принцип действия горелки

Запас рабочей жидкости размещен в резервуаре, присоединенном к корпусу горелки. Резервуар горелки заполнен капиллярно-пористым материалом, служащим для транспортировки рабочей жидкости при помощи капиллярного эффекта к поверхности нагревателя.

Горелка готова к эксплуатации, если резервуар заполнен рабочей жидкостью и герметично закрыт пробкой. Горелка заправляется рабочей жидкостью до тех пор, пока капля жидкости не появится из сопла горелки.

Источник питания имеет отрицательный потенциал на катоде и положительный потенциал на сопле.

При включенном источнике питания коротким замыканием возбуждают электрическую дугу. Энергия плазмы дугового разряда нагревает сопло и нагреватель, за счет стока тепла от сопла горелки, до температуры более 100 °С, при этом начинается процесс парообразования из рабочей жидкости, расположенной вблизи сопла и заполняющей каналы системы охлаждения горелки. Одновременно внутри резервуара повышается температура нагревательного элемента и создается избыточное давление 0,02-0,1 МПа, которое подает пар рабочей жидкости в разрядную камеру. Низкотемпературная плазма вырабатывается из рабочей жидкости благодаря процессам парообразования, диссоциации, ионизации.

После короткой подготовительной фазы продолжительностью 1-3 минуты устанавливается рабочий тепловой режим горелки. При этом температура ядра плазменной струи (рабочая жидкость — дистиллированная вода, режим номинальных параметров) вблизи среза сопла достигает 6000 - 8000 К. Ядро плазменной струи окружено более холодным газом.

При обработке материалов плазменной струей обрабатываемая деталь не включается в электрическую цепь дуги. Благодаря этому можно обрабатывать как электропроводные материалы (металлы), так и неэлектропроводные материалы (стекло, керамика, металлы с защитным слоем и др.).

Устройство горелки

Устройство горелки поясняется изображением горелки на рис.4.

Рис. 4. 1- Сопло, 2 - Корпус головки горелки, 3 - Прокладка уплотнительная 28x22x2, 4 – Завихритель, 5 - Вставка катода, 6 – Катод, 7 – Электрододержатель, 8 - Гнездо для прокладки уплотнительной (поз.З), 9 - Штуцер корпуса резервуара, 10 – Подвес, 11 - Горловина заливная, 12 – Пробка, 13 - Кольцо уплотнительное, 14 - Гайка ходовая, 15 - Кожух пластмассовый, 16 – Кабель, 17 - Насадка капиллярно-пористая, 18 – Нагреватель, 19 - Изолятор трубчатый, 20 - Кнопка «PUSH» механизма осевого перемещения катода, 21 - Пломба гарантийная

Функционирование горелки

Через заливную горловину подают жидкое рабочее тело, пропитывая влаговпитывающий материал в резервуаре и заполняя им каналы, сообщающие резервуар с разрядной камерой, до появления капли жидкого рабочего тела из сквозного отверстия сопла. Патрубок закрывают пробкой. Включают источник питания и подают напряжение на катод относительно сопла. Нажатием кнопки запуска горелки сообщают возвратно-поступательное перемещение катоду и кратковременно приближают торец катода к соплу вплоть до положения взаимного контакта, затем отпускают кнопку запуска горелки, и возвратная пружина отводит катод от сопла в исходное положение, создавая зазор, позволяющий жидкому рабочему телу протекать через сквозное отверстие сопла. При разрыве электрического контакта катода и сопла между ними возбуждается электрическая дуга. Энергия, выделяемая на сопле, при протекании электрического тока через дугу, разогревает его, и тепло через нагреватель передается жидкому рабочему телу. Жидкое рабочее тело превращается в пар, используемый в качестве плазмообразующей среды, создавая избыточное давление, под действием которого пар проходит по каналам, сообщающим резервуар с разрядной камерой, сжимает столб электрической дуги и выходит через сквозное отверстие сопла с образованием плазменной струи. Влаговпитывающий материал обеспечивает равномерную подпитку жидким рабочим телом нагревателя и, соответственно, равномерное во времени испарение жидкого рабочего тела. Оптимальный зазор между катодом и соплом выставляют путем вращения регулировочной (ходовой) гайки

Плазменная горелка Т-20

Подготовка к пуску АППАРАТА

Перед началом работы необходимо убедиться в исправном состоянии частей АППАРАТА. Необходимо убедиться, что никто не будет поврежден при запуске АППАРАТА !

Порядок работы АППАРАТА

1. Подготовка горелки к включению и запуску

1.1. Установите гайку ходовую механизма перемещения катода в положение, обеспечивающее свободный ход пусковой кнопки «PUSH» 3-5 мм, для чего выполните следующие операции:

• Заверните гайку ходовую до упора, без усилия, при этом кнопка «PUSH» не должна продавливаться (катод упирается в сопло).

• Отверните гайку ходовую на 2-3 оборота против часовой стрелки.

• Нажмите кнопку «PUSH» и убедитесь в наличии свободного хода кнопки.

1.2. Соедините вилку кабеля горелки с розеткой «TORCH» источника питания. Сочленение вилки и розетки после взаимной ориентации производится приложением осевого усилия от руки к кабельной части, поворотом байонетной обоймы по часовой стрелке с нажимом на байонетную обойму в направлении сочленения. Полное сочленение определяется по характерному щелчку в конце сочленения.

1.3. Заправьте горелку рабочей жидкостью. Для этого:

• Открутите пробку заливной горловины, проверьте наличие уплотнительного резинового кольца на пробке, положите пробку на видное место.

• Заправьте рабочую жидкость в резервуар горелки до появления капли из сопла. Для упрощения данной операции используйте переходник и специальную пластиковую бутылочку из комплекта поставки.

• Закрутите пробку плотно, но без чрезмерного усилия, чтобы не повредить уплотнительное кольцо.

• После заправки наклоните горелку соплом вниз и дождитесь слива остатков несвязанной рабочей жидкости, протрите пластмассовый кожух и головку горелки насухо.

Если рабочая жидкость попала внутрь пластмассового кожуха горелки, необходимо горелку просушить, или продуть сжатым воздухом небольшого давления через вентиляционные отверстия кожуха.

2. Включение источника питания. Включение и запуск горелки.

1. Примите безопасное положение.

2.2.Установите сетевой выключатель источника питания в положение «l»-«ON»

2.3.Проверьте индикацию на передней панели источника питания. Кнопками «> » «<» установите режим работы источника питания соответствующий выходному току 6А— цифра 6 на индикаторе «MODE». Ток 6А достаточен для ионизации зазора между соплом и катодом и старта горелки. Зажигание дуги на большем токе может сопровождаться повышенным износом катода.

2.4. Рукоятку горелки захватите так, чтобы при эксплуатации исключить возможность случайного прикасания руки пользователя к доступным металлическим частям горелки.

1. Ствол горелки наклоните вниз на 30°-45° для обеспечения безопасности запуска.

2.6.Нажмите кнопку «START» на источнике питания. Убедитесь в том, что показания индикатора напряжения находятся в пределах от 280 до 310 В.

2.7. В течение 4 секунд после нажатия на источнике питания кнопки «START» нажмите кратковременно до упора и отпустите кнопку «PUSH» в торце ходовой гайки. Короткое замыкание будет, пока Вы не отпустите кнопку; затем кнопка вернется в исходное положение.

Нe удерживайте кнопку «PUSH » в нажатом состоянии более 1 секунды при каждой попытке запуска горелки. Если горелка запустилась, не нажимайте кнопку «PUSH ». В противном случае, Вы можете вывести из строя катод.

2.8. Убедитесь в том, что на источнике питания:

- Погас и не горит индикатор «STOP».

- Загорелся индикатор «START».

- Не горит индикатор «HOLD».

- Загорелся индикатор «POWER».

- Показания индикатора напряжения находятся в пределах 25-60 В и увеличиваются в течение 1-2 минут приблизительно до 100-140 В, при этом из сопла горелки через 20-40 секунд после нажатия кнопки «PUSH» появляется факел.

2.9. Через 2,5-3 минуты после нажатия кнопки «PUSH» убедитесь в том, что в горелке достигнуто установившееся тепловое состояние.

Признаками установившегося теплового состояния являются:

• Факел становится короче и имеет длину 20-30 мм, если используется рабочая жидкость для резки, или 30-50 мм, если используется рабочая жидкость для сварки.

• Факел приобретает светло-сиреневый цвет, если используется рабочая жидкость для резки, или светло-солнечный цвет, если используется рабочая жидкость для сварки.

• На срезе сопла появляется розово-фиолетовый «керн» — ножка электрической дуги (рис. 5).

• Горелка функционирует в любом пространственном положении, практически, без изменения длины факела.

• Сопло не краснеет.

Рис. 5. Внешний вид плазменной струи

3. Регулировка рабочего режима.

Пользователю следует знать, что эффективная тепловая мощность плазменной струи возрастает прямо пропорционально изменению тока и напряжения электрической дуги.

Управление режимами работы горелки осуществляют регулированием мощности горелки различными способами:

• путем изменения межэлектродного зазора и, соответственно, напряжения на дуге;

• путем изменения выходного тока источника питания;

• путем изменения давления плазмообразующей среды выбором сопла с большим или меньшим диаметром отверстия плазмоформирующего канала;

• путем изменения расстояния между торцом сопла и нагреваемой деталью.

Регулировка мощности горелки выставлением режима по напряжению на дуге путем изменения межэлектродного зазора:

• чтобы увеличить межэлектродный зазор (расстояние между соплом и катодом — углубление катода) и, соответственно, увеличить длину дуги и напряжение на дуге — вращайте гайку ходовую против часовой стрелки;

Пользователю следует помнить, что при увеличении углубления катода возрастает мощность струи, при этом возрастает и мощность, выделяющаяся в сопле. Поэтому при чрезмерном углублении катода сопло краснеет, затем стабильность горения дуги нарушается.

• чтобы уменьшить межэлектродный зазор (расстояние между соплом и катодом) и, соответственно, уменьшить длину дуги и напряжение на дуге — вращайте гайку ходовую по часовой стрелке.

Регулировка мощности горелки выставлением режима по току в дуге путем изменения выходного тока источника питания:

• чтобы увеличить ток в дуге на 1А — нажмите кнопку «> » один раз;

• чтобы уменьшить ток в дуге на 1А — нажмите кнопку «<» один раз.

• Горелка является инерционным тепловым прибором. Поэтому при изменении режима работы проходит 10-30 секунд до установления нового стационарного состояния.

• Если выбран режим номер 8, то при нажатии на кнопку «> » устанавливается режим номер 4.

• Если выбран режим номер 4, то при нажатии на кнопку «<» устанавливается режим номер 8.

• Горелка Т-20 устойчива к попыткам резкого изменения режима работы по току в дуге. Однако это не исключает кратковременную нестабильность плазменной струи и в редких случаях обрыва дуги из-за скачка напряжения на дуге.

Поэтому не рекомендуется скачкообразно изменять режимы работы с 4 на 8 и с 8 на 4, минуя промежуточные режимы.

Устойчивый и экономичный режим работы горелки достигается при показаниях индикатора напряжения 160-170 В.

Регулировка давления плазмообразующей среды путем выбора сопла с болшим или меньшим диаметром отверстия плазмоформирующего канала:

• чтобы увеличить газодинамический напор плазменной струи — используйте сопло с отверстием диаметром от 1,1 мм до 1,3 мм;

• чтобы уменьшить газодинамический напор плазменной струи — используйте сопло с отверстием диаметром от 1,9 мм до 2,3 мм в зависимости от характера выполняемой технологической операции.

Пользователю следует проявить аккуратность при сборке горелки. Если головка горелки собрана тщательно и обеспечена герметичность соединений, то при увеличении мощности в дуге увеличивается давление газа и эффективная мощность струи. При этом относительная мощность, выделяющаяся в сопле, резко уменьшается, что способствует лучшему условию работы деталей горелки.

Регулировка мощности струи путем изменения расстояния между торцом сопла и нагреваемой деталью:

• с удалением нагреваемого изделия от торца сопла эффективная мощность струи уменьшается, при этом наиболее резкое снижение мощности наблюдается в пределах ядра плазменной струи.

4. Выключение горелки.

• Выключение работающей горелки может быть осуществлено в двух режимах:

• Режим блокировки «HOLD ».

• Ручной режим выключения пользователем.

а) Режим блокировки «HOLD ».

Характеристики

Список файлов лабораторной работы