Курсовая работа: Расчет плазмотрона и определение его характеристик

Плотность теплового потока в стенку электрода рассчитывается по формуле:

(2.30)

Для дальнейшего расчёта нам необходимо принять температуру охлаждаемой стенки электрода равной температуре кипения воды при давлении Па, т.е. 0С, и определяем по формуле максимально допустимый перепад температуры на стенке медного электрода:

(2.31)

где - температура плавления меди (1083 0С).

После этого рассчитываем максимально допустимую толщину стенки электрода при которой достигается этот перепад [1]:

(2.32)

Из расчета видно,что в случае медных электродов толщина стенки может быть очень большой. На практике толщина медной стенки выбирается гораздо меньшей. Поскольку при меньших толщинах стенки опасности перегрева рабочей поверхности электрода не существует, то толщину стенки можно выбирать не из тепловых, а из иных соображений, например, прочностных, ресурсных и прочих.

Поэтому толщину стенки выбираем меньше критической (0.015м), соответственно равную 10 мм, что вполне обеспечивает и прочность стенки даже при значительном больших давлениях, и ресурс непрерывной работы.

Температурный перепад на ней равен:

(2.33)

Приняв начальную температуру охлаждающей воды , а перепад температур в рубашке охлаждения выходного элнктрода , определяем секундны расход воды, необходимый для охлаждения электрода:

(2.34)

Определим среднее значение охлаждающей температуры воды:

(2.35)

Найдём недогрев воды до температуры кипения при давлении , он равен:

(2.36)

Дальнейший расчёт необходимо вести, исходя из максимальной плотности теплового потока на охлаждаемой водой поверхности электрода:

(2.37)

плазмотрон катод стержневой

где - внешний диаметр выходного электрода, равный 0,026 м.

Коэффициент надёжности охлаждения принимаем равным Кохл = 5. Выбор такого значения,как будет видно из дальнейшего расчёта, связан с необходимостью получения конструктивно приемлемых значений зазора. Далее находим критическую плотность теплового потока,на которую должно быть расчитано охлаждение катода:

(2.38)

Определяем необходимую скорость охлаждающей воды в зазоре, для чего зададимся необходимыми константами, которые определены из графика 9,1 [1]:

(2.39)

Величина водяного зазора в рубашке охлаждения определяется с учётом условия , тогда:

(2.40)

Исходя из конструктивных соображений примем величину водяного зазора равной м.