Типи конструкцій вчі-плазмотронів

Усі основні типи розрядних камер високочастотних індукційних плазмотронів можна поділити на три основні типи:

• -з кварцовою неохолоджуваною розрядною камерою;
• -з кварцовою водоохолоджуваною розрядною камерою;
• -з металічною розрізною водоохолоджуваною камерою.

Щодо неохолоджуваних кварцових розрядних камер, то їх можна поділити на три типи:

• -зі стабілізацією плазми аксіальним газовим потоком;
• -зі стабілізацією плазми вихровим газовим потоком;
• -пористі розрядні камери.

Стабілізація вихровим потоком у інженерному плані є найпростішим способом стабілізації. Вихровий рух газу по внутрішній поверхні розрядної камери призводить до різкого розділення холодного важкого газу, що протікає біля стінок, та легкої гарячої плазми, що концентрується біля вісі плазмотрона. Проте небажаним ефектом такої стабілізації є підсмоктування газу через вихрову воронку до плазмотрону.

При аксіальній стабілізації для захисту труби за по її внутрішній порожнині створюють газовий струмінь, висока швидкість якого запобігає проникненню дифузійних потоків від плазми до стінки, тобто створюється ніби газова завіса між стінкою та плазмою. 1].

Пориста розрядна камера відмінна тим, що в ній газ подається до камери крізь пори у стінках розрядної камери. Проникнення холодного газу крізь стінки камери призводить як і до охолодження стінок, так і до витискування плазми з пристіночної зони. Тобто пориста розрядна камера дозволяє досягти тих же ефектів, що й аксіальна стабілізація плазми. 3].

Найпростішим способом, що дозволяє охолодити у разі необхідності кварцову розрядну трубу, в якій існує ВЧІ-плазма, є зовнішнє водяне охолодження.

З багатьох варіантів конструкцій кварцових водохолоджуваних розрядних камер можна виділити наступні найчастіше використовувані конструкції:

• -клеєна;
• -збірно-розбірна;
• -зварена.

У клеєній конструкції розрядна камера та зовнішній чохол, зазвичай теж кварцовий, поєднані з водопровідними штуцерами за допомогою ущільнень та клейових паст.

Доволі частим випадком для водоохолоджуваних камер є розтріскування кварцової труби внаслідок термоудару плазми. Цей великий недолік клеєних камер призвів до необхідності частої заміни внутрішньої кварцової труби. У зв’язку з цим було винайдено збірно-розбірну конструкцію розрядної камери ВЧІ-плазмотрона, яка дозволяє швидко замінити внутрішню трубу. Зовнішня та внутрішня труби плазмотрона такої конструкції з'єднані між собою за допомогою системи фланців та ущільнень.

У зварній конструкції зовнішня та внутрішня труби з прозорого кварцу між собою зварені. Така конструкція є найзручнішою з точки зору розміщення її в індукторі. Проте в такій конструкції присутня небезпека розтріскування зварного шва під дією температури.

Щодо усіх водоохолоджуваних конструкцій, то в них присутня небезпека з точки зору утворення тріщин внаслідок утворення у воді газових пузирів у термічній зоні. Проте підвищити на порядок безпеку кварцових водоохолоджуваних конструкцій можна використовуючи в них аксіальну або вихрову подачу газу. 1].

Розрядні камери з газовим та водяним термозахистом хоча й забезпечують стабільну роботу ВЧІ-плазмотронів, проте непридатні для використання за великих потужностей (сотні кіловат).

Цього недоліку не мають металеві розрізні розрядні камери.

Якщо до індуктора помістити полий металевий циліндр хоча б з одним наскрізним повздовжнім розрізом вздовж його вісі, то електромагнітна енергія зможе вільно проникати усередину циліндра і збуджувати у ньому високочастотний індукційний розряд. Разом із інтенсивним водяним охолодженням така конструкція забезпечує надійну та стабільну роботу таких пристроїв з розрядами потужністю у кілька сотень кіловат. 4].

Таким чином, при виборі типу розрядної камери високочастотного індукційного плазмотрона слід керуватися даними про необхідну потужність плазмотрону та умови його подальшої роботи. Ці вимоги отримують з технологічного призначення плазмотрона, або задають їх певними початковими умовами.