Курсовая работа: Расчет плазмотрона и определение его характеристик

где температурный перепад на стенке анода в первом приближении.

Тогда подставляя значения в формулу (2.47), получим среднюю температуру поверхности анода в зоне эрозии:

что ниже температуры плавления меди (1083 0С).

2.3 Расчет ресурса работы плазмотрона

2.3.1 Расчет ресурса работы электродов

Расчет ресурса работы электродов будем производить по схеме анода, так как катод в данной работе имеет форму анода.

Длина эрозированной зоны в гладком цилиндрическом канале определяется крупномасштабным шунтированием. При работе на воздухе в диапазоне токов от 100 до 500 А и расходов газа кг/с она равна 3-5 d. Форму эрозированной поверхности электрода для простоты расчета представим в виде равностороннего треугольника, которого равно размаху крупномасштабного шунтитования, а высота – допустимой выработке стенки электрода.

Примем для рассматриваемого случая (м, кг/с, А) длину эрозированной зоны , а глубину допустимой выработки (при м) равной м. В этом случае объем эрозированного материала равен:

(2.48)

и составит

м3

Для медного электрода (кг/м3), масса уносимого материала равна:

кг(2.49)

При удельной эрозии медного электрода, равной:

кг/Кл

время работы электрода составит:

ч.

Таким образом, получили, что ресурс работы анода и катода равен 251 час, что удовлетворяет поставленным требованиям (250 часов).

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАЗМОТРОНА

Вольт-амперные характеристики (ВАХ) плазменной дуги отражают зависимость напряжения от силы тока при постоянстве геометрических размеров электродуговой камеры, расхода газа, его давлении в характерном сечении и других определяющих параметров [1]. Для плазмотронов с длиной дуги меньше длины самоустанавливающейся ВАХ имеет только участок падающей зависимости напряжения от силы тока (при низких токах, когда длина дуги дуга становится равной длине самоустанавливающейся). При этом рабочим участком ВАХ является именно падающая ветвь. Вид функции, описывающей падающий участок ВАХ, представлен формулой (2.3).С увеличением расхода газа (кривая 2), при прочих равных условиях, ВАХ располагается выше из-за удлинения дуги и роста напряжения на ней.

Кривые, показывающие зависимость теплового КПД от силы тока при различных расходах газа и неизменных остальных параметрах описывается выражением (2.4).

Построим графики ВАХ (падающий участок) и зависимости теплового коэффициента полезного действия от тока при изменении силы тока от 20 до 200А.

Результаты построения представлены на рисунках 3.1 и 3.2.

Кривые, описывающие зависимость КПД от силы тока дуги имеет падающий характер. Это объясняется тем, что при росте тока резко начинают расти тепловые потери на катоде и аноде, что в свою очередь очень сильно сказывается на тепловом КПД. С увеличением расхода газа (кривая 2) повышается КПД, так как уменьшается тепловые потоки и обеспечивается устойчивое горение дуги. С уменьшением расхода газа (кривая 3) КПД понижается из-за увеличения тепловых потоков.

Зависимости тепловых потоков в анод и катод от силы тока представлены на рисунках 3.3 и 3.4. Они имеют линейный характер, так как линейно зависят от силы тока и описываются выражениями (2.7) и (2.29). При увеличении расхода газа прямая зависимости расположена ниже, потому что электрод обдувается газом и из-за этого снижается его температура.