Определение напряжения струйного однокамерного плазмотрона, с воздухом в качестве плазмообразующего газа, переменного тока

Пример решения

Определить U напряжение струйного однокамерного плазмотрона, с воздухом в качестве плазмообразующего газа, переменного тока. Мощностью Р= 3500 кВт и сопротивлением R= 10 Ом. Радиус электродуговой камеры r= 0.175 м. Расход плазмообразующего газа G= 0.5 кг/с, давление на выходе камеры ρ=201 Па. Параметры ВАХ дугового струйного плазматрона: А=3930, α=0,18, β=0,28, γ=0,2.

Решение: 

1. ;

 кВ;

2.      А²;

3.   м;

Ответ: U = 121 кВ

Задачи для решения

1. Определить толщину металла прирезке дуговой плазмой, если известно,что установка разрезает металл со скоростью 5 м/мин, энтальпия расплавленного металла S=0,8, тепловой КПД 40 %, ширина реза b=0,01 м, диаметр электрода D_э=0,2 м, падение напряжения на аноде 15 В, φ=4,77 эВ, выделяющаяся мощность на аноде Q_а=1200 Вт,сумма анодного и катодного падения напряжения 28 В.

2. Найти напряженность Е поля плазмы, если известно, что масса электрона m_е= 9,11·10^{-31 кг, электропроводность плазмы σ}_Е= 10⁸ Кл/см, концентрация электронов в плазме n_е= 10⁹ 1/г, заряд электрона е= 1,6·10^-19 Кл, направленная скорость электрона u= 10⁶ м/с, плазменная частота ω= 19 с^-1, сила тока в плазме I= 10 кА.

3. Определить скорость резки одного листа алюминия плазмотроном ПВР-402, если известно, что площадь сечения листа S= 500 мм², его длина а= 100 мм, рабочий ток дуги I= 200 А, рабочее напряжение дуги U= 350 В, потери тепловой мощности в плазмотроне Р_п= 5 кВт, плотность металла γ= 0,9 г/мм³, приращение теплосодержания металла ΔQ= 50 К/сек, интенсивность теплопередачи в металл q_т= 5000 ккал/сек, плотность реза толщиной h= 3 мм.

4. КПД процесса электронно-лучевого нагрева η=0,5, тепловые потери на  испарение материала Р_исп=1,85 кВт/см², потери с поверхности излучением Р_изл=0,2 кВт/см², потери отводимые устройством Р_уст=0,35 кВт/см², скорость плавки G=0,7 кг/с, теплоемкость расплавленного металла С_ж=222 Дж/(кг·⁰С), теплоемкость твердого металла при t_пл=2622 ⁰С равна С_t =8,4 Дж/(кг·⁰С), теплоемкость металла при начальной температуре С₀=138 Дж/(кг·⁰С), теплота плавления q_пл=184 кДж/кг. Определить электронных пушек Р_п.

5. Определить длину конусного участка столба дуги плазменной дуговой печи с керамическим тиглем, если j_к = 2,510⁷ А/м², температура в начальный момент 2000 К.

6.Определить снижение напряжения, для расчета дуги плавильного плазматрона, горящей в среде аргона при атмосферном давлении. Ток I=1000А, сумма приэлектродных падений напряжений U_эл=10В, средняя температура газа, окружающего дугу в печном пространстве t=1500К. Радиус дуги в цилиндрической части r₀=0,02м, длина дуги l=0,3м.

7. Определить скорость резки металла, при резке дуговой плазмой, если известна толщина разрезаемого металла δ=1м, энтальпия расплавленного металла s=0.8, тепловой кпд η=35%, ширина реза b=0,02м, диаметр электрода D_э=0,1м, падение напряжения на аноде U_а=10В, φ_к=4,7В, выделяющаяся мощность на аноде Q_а=3200Вт, падение напряжения на катоде U_к=7В, длина дуги l_д=0,2м.

8. Определить КПД плазмотрона η. Известно, что разность энтальпий ∆Н = 250 кДж/моль, напряженность электрического поля Е = 1,7·10³ В/м, длина дуги L = 0,2м. секундный расход газа G = 0,5·10^-3 кг/с. Мощность плазмотрона Р = 15 кВт, напряжение U = 30 В.

9. Определить ЭДС плавильного плазматрона. Габариты разрезаемого металла  ширина а=1,8 м, длина b=1 м. Плотность тока j=10 кА/м², сопротивление материала r=50 кОм.

10. Определить плотность тока в металлическом проводнике сечением 16 мм² и длиной 3 м, если к нему приложена разность потенциалов 18 В и по проводнику течет ток 2 А. напряженность электрического поля при этом равна 1 В/см.

11.Найти напряженность Е поля плазмы, если известно, что электропроводность плазмы σ_Е= 2·10⁸ Кл/см, концентрация электронов в плазме n_е= 10⁹ 1/г, заряд электрона е= 1,6·10^-19 Кл, направленная скорость электрона u= 25·10⁶ м/с, плазменная частота ω= 21 с^-1, сила тока в плазме I= 15 кА, индуктивность L_е=0,036 Гн.

12. Определить напряжение дуги плазменно-дуговой печи U_д в начальный период плавки при температуре окружающей среды в рабочем пространстве печи Т=1000 К. Приэлектродное падение напряжения U_эл=11 В, сила тока I=6 кА, длина дуги l=100 мм, коэффициенты: а₃=0,29, α₂=0,525, α₁=0,34.

13. Определить полную мощность дуги q₀ при плазменно-дуговой обработке, энергию, выделяемую на аноде W_а, энергию, выделяемую на катоде, энергию, выделяющуюся в столбе дуги W_ст, если известно: U_к=10000 В- катодное напряжение, U_а=6000 В- анодное напряжение I=200 A - ток, U_н=500 В - онизационный потенциал, φ=2 эВ-  эффективная работа выхода, I_д=0,5 м- длина дуги, Е=150 В/м- напряженность электрического поля, Т=300 К - температура при которой начинает гореть дуга, f=0,5 %  доля электронного тока. К=1,38·10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана.