Электрический разряд, движущийся в собственном магнитном поле, в импульсном плазменном генераторе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.05, кандидат наук Габдрахманов, Азат Талгатович

• Габдрахманов, Азат Талгатович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Габдрахманов, Азат Талгатович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Патентно-информационный обзор

1.1 Обзор по конструкциям плазмотронов

1.2 Требования предъявляемые к плазмотронам

1.3 Конструкции плазмотронов

1.3.1 Плазмотроны с дугой, стабилизированной стенкой

1.3.2 Плазмотроны с вихревой стабилизацией дуги

1.3.3 Плазмотроны со стабилизацией дуги магнитными полями и электродами

1.4 Механизм движения дуги

1.5 Выводы по первой главе 34 Глава 2. Экспериментальное исследование характеристик движущейся электрической дуги в импульсном плазменном генераторе

2.1 Разработка и исследование экспериментальной установки

2.1.1 Конструкция и принцип действия импульсного плазменного генератора

2.1.2 Пневмогидравлическая система установки

2.1.3 Электрическая система установки

2.2 Экспериментальное определение электрических параметров плазмотрона

2.2.1 Измерение напряжения

2.2.2 Измерение тока

2.2.3 Обработка результатов экспериментальных исследований

2.3 Аппроксимация характеристик нелинейных элементов

2.3.1 Задача аппроксимации

2.3.2 Аппроксимирующие функции

2.3.3 Определение коэффициентов аппроксимации

2.3.4 Метод наименьших квадратов

2.4 Вольтамперная характеристика дуги

2.5 Экспериментальное определение скорости движения дуги

2.6 Выводы по второй главе 85 Глава 3. Скорость дуги. Взаимодействие движущейся дуги с электродами

3.1 Компьютерное моделирование течения газа в разрядной камере импульсного плазменного генератора

3.2 Теоретическое исследование скорости движущейся электрической дуги

3.2.1 Обобщение скорости движения дуги

3.3 Экспериментальное исследование эрозии электродов

3.3.1 Исследования следов, оставляемых движущейся дугой на поверхности электродов

3.3.2 Исследование микроструктуры электродов, после воздействия движущейся электрической дуги

3.3.3 Исследование эрозии электродов импульсного плазменного генератора

3.4 Выводы по третьей главе 127 Глава 4. Экспериментально-теоретическое исследование воздействия импульсного потока плазмы на металл

4.1 Постановка задачи

4.2 Теоретические исследования взаимодействия импульсного потока 130 плазмы с поверхностью образцов

4.3 Экспериментальные исследования взаимодействия импульсного потока плазмы с поверхностью образцов

4.4 Выводы по четвертой главе 141 Заключение 142 Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электрический разряд, движущийся в собственном магнитном поле, в импульсном плазменном генераторе»

ВВЕДЕНИЕ

Мощный импульс развитию электродуговых генераторов горячего газа дала ракетная техника. Для наземной имитации условий полета ракеты в атмосфере необходимо было получить сверхзвуковые струи воздуха, нагретого до высокой температуры (для некоторых траекторий полета превышающей 10 ООО К). Эта задача была решена с помощью электродуговых устройств, получивших название плазмотронов.

Создание работоспособных плазмотронов потребовало проведения широких научных исследований в области высокотемпературной газодинамики и электрофизики, изучения рабочего процесса в плазмотроне, в частности взаимодействия электрической дуги с газовым потоком, поиска новых конструктивных схем и технических решений. Пройдя период становления и развития, плазмотроностроение превратилось в самостоятельную отрасль техники. Плазмотроны находят все более широкое применение в плазмометаллургии и плазмохимии, плазменной технологии обработки материалов и нанесения покрытий, в технике получе +ния мелкодисперсных порошков и т.д. [1-5]. В последнее время наметилось еще одно направление применения плазмотронов - уничтожение токсичных отходов химического производства путем их разложения при высокой температуре с последующим образованием нетоксичных веществ.

Литература, посвященная экспериментальным и теоретическим исследованиям плазмотронов и их элементов, а также электрических дуг, достаточно обширна и разнообразна. Имеется ряд работ известных специалистов в этой области (Жуков М.Ф., Урюков Б.А., Ясько О.И., Даутов Г.Ю., Рутберг Ф.Г. и др.) [6-19].

Характеристики дугового разряда - температура, напряжение, скорость

движения, интенсивность излучения и другие - зависят от условий горения

разряда в плазмотроне, силы тока, напряженности магнитного поля,

интенсивности обдува газом, давления окружающей среды, геометрических размеров канала и т.д. Характеристики электрической дуги в плазмотронах с вихревой стабилизацией разряда достаточно хорошо описаны в работах [6-10, 20-25]. Характеристики электрической дуги, движущейся под действием магнитного поля, менее изучены. В то же время движение под действием магнитного поля электрической дуги в целом или ее приэлектродных частей осуществляется практически во всех плазмотронах большой мощности для предотвращения сильной эрозии электродов [11]. В этих условиях проводящий канал дугового разряда, движущегося под действием магнитного поля, является достаточно узким (контрагированным). Плазма внутри проводящего канала изотермична, температура электронов, ионов и нейтральных частиц одинакова. Электрическая дуга в магнитном поле перемещается под действием силы Ампера.

Диссертационная работа направлена на исследование движущегося дугового разряда в собственном магнитном поле по параллельным электродам в газовом потоке и решения актуальной задачи создания конструкции плазмотрона с увеличенным ресурсом работы электродов и со стабильными выходными параметрами, удовлетворяющий всем требованиям предъявляемым к плазмотронам. Работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ по Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.3.2 Проведение научных исследований целевыми аспирантами Государственного контракта № П1925 от 29 октября 2009 г. «Измерение параметров плазмы в импульсном плазменном генераторе» и в рамках реализации мероприятия по лоту 1. «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в интересах развития высокотехнологичных секторов экономики» шифр «2010-1.1-400-150», Государственного контракта №14.740.11.0823, от 01.12.2010г.

Целью данной работы является экспериментально-теоретические исследования характеристик движущейся в собственном магнитном поле электрической дуги импульсного плазменного генератора при ее взаимодействии с поверхностью электродов и газовым потоком.

Основным объектом исследования является импульсный плазменный генератор с движущейся электрической дугой.

Научная задача работы заключается в разработке экспериментальной установки на основе импульсного плазменного генератора с движущейся в собственном магнитном поле электрической дугой, расчета параметров плазменной технологической установки на основе нового подхода к моделированию взаимодействия плазмы с металлом.

Для достижения поставленной цели и научной задачи в работе необходимо решить следующие вопросы:

1. Разработать и создать экспериментальную установку на базе импульсного плазменного генератора с движущейся электрической дугой, которая основана на новом подходе к моделированию процесса взаимодействия плазмы с металлом.

2. Выявить закономерности зависимостей энергетических и газодинамических характеристик электрической дуги в плазмотроне с прямолинейными электродами из стали и меди на основе экспериментально-теоретических исследований процесса ее взаимодействия с поверхностью электродов, газовым потоком и металлов.

3. Получить обобщенную зависимость скорости движении электрической дуги V по стальным электродам в газовом потоке от тока дуги I, диаметра электродов ёэ, межэлектродного промежутка Ьэ и расхода плазмообразующего газа О.

4. Выявить влияние параметров дуги на характер эрозийных следов,

оставляемых на поверхности электродов, с целью определения основных

факторов, влияющих на процесс эрозии металла.

б

5. Провести экспериментальные исследования зоны взаимодействия плазмы с металлами для решения задачи по разработке и расчету наиболее эффективных параметров плазменной технологической установки, с целью получения упрочненного слоя с заданными показателями качества.

Методы исследования. Для решения поставленной задачи использованы методы математического и имитационного моделирования, системного анализа. Экспериментальные исследования по взаимодействию плазмы с металлами проводились на разработанной плазменной технологической установке с использованием методов металлографического анализа образцов. Результаты исследований и измерений обрабатывались с применением пакетов прикладных программ: Microsoft Office 2007 Russian Academic № лицензии - 43546442 от 21.02.2008; KOMIIAC-3D V9 № лицензии - К-08-1293; Mathcad 14.0 № лицензии - PTC60602CD140-004 от 18.06.08; AutoCad 2009 серийный номер - 349-98824278; STAR ССМ+ License Server Name - gpa-363-05, Unique Computer ID - 00112FC651 AC от 18.01.2011.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена соответствием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

Научная новизна.

1. Импульсный плазменный генератор с движущейся электрической дугой по стальным электродам в плазмообразующем газовом потоке с повышенным ресурсом работы на относительно больших токах, позволяющая формировать требуемую плотность энергии плазмы для получения заданных показателей качества термоупрочнения металлов (Патент №128954 от 10.06.2013г.). Проведены экспериментальные исследования движущейся в собственном магнитном поле электрической дуги по стальным электродам в газовом потоке в диапазоне 1=60ч-500А, U=30V70B, (7=0ч-155л/мин, d3=4-bl4MM и Ьэ=2ч-20мм.

7

2. Обобщенная зависимость скорости движения дуги от ее тока, диаметра электродов, межэлектродного промежутка и расхода плазмообразующего газа (1=60-^500А, (7=0^155л/мин, ёэ=4-И4мм, Ьэ=2^20мм). Выявлены основные факторы, влияющие на характер движения дуги по электродам и их эрозию.

3. Предложено уравнение, описывающее температурные поля внутри образца при импульсном воздействии плазмы, учитывающее изменение теплофизических свойств материала в зависимости от температуры, которое позволяет определить параметры процесса термоупрочнения.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что результаты теоретических исследований по плазменному термоупрочнению металлов расширяют область знаний, используемых в учебном процессе вуза или при переподготовке специалистов.

Практическая ценность.

На основе экспериментальных и теоретических исследований разработан импульсный плазменный генератор и предложена методика расчета параметров процесса термоупрочнения металлов при импульсном воздействии плазмы для обеспечения заданных показателей качества технологического процесса, что позволяет существенно снизить энергопотребление и повысить ресурс работы плазмотрона.

Результаты диссертационной работы внедрены и использованы на практике на заводе металлоконструкций ООО «Стальконструкция» (г. Наб. Челны), в Научно-техническом и Технологическом центре ОАО «КАМАЗ» (г. Наб. Челны) и в учебном процессе Набережночелнинского института КФУ (г. Наб. Челны).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Импульсный плазменный генератор с движущейся электрической

дугой по стальным электродам в плазмообразующем газовом потоке с

повышенным ресурсом работы на относительно больших токах,

8

позволяющая формировать требуемую плотность энергии плазмы для получения требуемых показателей качества термоупрочнения металлов.

2. Результаты комплексных экспериментальных исследований энергетических и газодинамических характеристик движущейся в собственном магнитном поле электрической дуги по прямолинейным электродам изготовленных из стали и меди, при 1=60-ь500А, и=30ч-70В, (7= 0-ь155л/мин, с1э=4-г14мм и Ьэ=2ч-20мм.

3. Уравнение зависимости скорости движения дуги от ее тока, диаметра электродов, межэлектродного промежутка и расхода плазмообразующего газа при 1=60ч-500А, (7 = 0-г-155л/мин, с1э=4ч-14мм, Ьэ=2ч-20мм.

4. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия движущейся электрической дуги с электродами, определяющие характер следов, оставляемых на их поверхности и основные параметры, существенно влияющие на процесс эрозии металла.

5. Уравнение, определяющее наиболее эффективные параметры плазменной технологической установки, для получения упрочненной зоны с заданными показателями качества. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия импульсного потока плазмы с поверхностью образцов, устанавливающие глубину и твердость упрочненной зоны.

Личный вклад автора состоит в его определяющей роли при постановке цели и задач исследования, их теоретическом и экспериментальном выполнении, интерпретации и обобщении полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты данной диссертации

докладывались и обсуждались на IX Международном симпозиуме

«Энергоресурсоэффективность и энергосбережение в Республике Татарстан»

(Казань 2008 г.), на XXXVI и XXXVII Международной (Звенигородской)

конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород 2009, 2010 гг.), на 1, 2 и 3

межрегиональной научно-практической конференции «Камские чтения»

9

(Набережные Челны 2009, 2010, 2011 гг.), на Международной научно-технической и образовательной конференции «Образование и наука -производству» (Набережные Челны 2010 г.), на Республиканской научно-технической конференции «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий» (Казань 2010г.), на Машиностроение и техносфера XXI века // Сборник трудов XVII и XVIII Международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Донецк 2010, 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ (3 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК)

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 101 рисунок, 7 таблиц и списка литературы из 99 источников отечественных и зарубежных авторов.

Выражаю благодарность научному руководителю, д.т.н., профессору Исрафилову И.Х. и научному консультанту, к.т.н., доценту ГалиакбаровуА.Т. за неоценимую помощь оказанную при работе над диссертацией.

ГЛАВА 1. Патентно-информационный обзор 1.1 Обзор по конструкциям плазмотронов

В настоящее время существует множество видов конструкций плазмотронов для совершения технологических процессов, такие как резка, сварка, напыление, наплавка и закалка материала.

Плазмотрон [26] генерирующий плазму для нагрева и обработки поверхностей различных изделий, для обработки непроводящих материалов, и может найти применение в машиностроении для закалки, отжига, поверхностной обработки, напыления и упрочнения изделий. Плазмотрон (рисунок 1.1) содержит корпус, два незамкнутых электрода с соответствующими токоотводящими концами и канал для подачи плазмообразующего газа. Каждый электрод выполнен криволинейной формы, огибающей сечение обрабатываемой поверхности, причем электроды расположены параллельно друг другу. Использование изобретения позволит повысить скорость и равномерность при обработке вытянутых (длинномерных) изделий с неплоской (криволинейной) внешней или внутренней поверхностью с обеспечением работы без защиты источника питания от высоковольтного напряжения постоянно работающего осциллятора и обеспечит возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе.

Рисунок 1.1— Плазмотрон

Данный плазмотрон создает большой объем плазмы, что позволяет обрабатывать большие площади с большой производительностью.

Плазмотрон для экономичного плазменного напыления описанный в работе [27], снабжен насадкой или удлиненным анодным соплом (рисунок 1.2). Охлаждение насадки или удлиненного анодного сопла может быть раздельным или совместным. Согласно заявленному способу порошок подается в анодное сопло, разгоняется и нагревается в канале насадки или в удлиненном анодном сопле. Налипание устраняется подбором технологических параметров, при этом длина канала насадки или удлиненного анодного сопла должна быть не более 15 диаметров, диаметр канала может изменяться по ходу потока порошка не более чем в 1,1-4,2 раза. Технический результат - уменьшение необходимой мощности дуги, увеличение коэффициента использования материала.

Рисунок 1.2 - Плазмотрон

Плазмотрон [28] используется во всех областях промышленности, где применяются плазмотроны постоянного тока. Данный плазмотрон (рисунок 1.3) содержит корпус, вольфрамовый катод и соединенное с корпусом сопло-анод с выходным каналом, причем выходной канал сопло-анода выполнен конусообразным, расширяющимся к выходу, с углом наклона образующей конуса к продольной оси сопло-анода в пределах 8-11°. Кроме того, в зоне выходного канала сопло-анод выполнено биметаллическим в виде соединенных между собой медной стенки и молибденового экрана, толщина которого в поперечном сечении составляет 0,25+0,4 от толщины медной стенки.

5 *

Рисунок 1.3 - Плазмотрон

Конструкция заявленного плазмотрона обеспечивает стабильность горения электрической дуги при исключении попадания меди в распыляемый материал, а также в порошок, получаемый из гранул никелевых сплавов, с поверхности сопло-анода.

Известен рельсовый плазмотрон [29] содержащий два электрода - анод и катод, расположенные параллельно друг другу, магнитную систему для создания однородного магнитного поля между электродами по всей их длине, средства для зажигания и гашения дугового разряда и токопроводы. Средства для зажигания и гашения дугового разряда установлены на противоположных концах электродов и связаны с дополнительно введенным средством для синхронизации их работы. Электроды размещены в воздушном зазоре магнитной системы, которая выполнена в виде снабженных общим магнитопроводом постоянных магнитов прямоугольного сечения, намагниченных в осевом направлении и расположенных попарно соосно между собой.

Недостатком такого плазмотрона является пониженный КПД, вызываемый применением магнитной системы для создания однородного магнитного поля между электродами по всей их длине; использование дополнительно введенным средством для синхронизации средств для

зажигания и гашения дугового разряда, а также необходимость защиты источника питания от высоковольтного напряжения постоянно работающего осциллятора.

Плазмотрон [30] для поверхностной плазменной закалки деталей машин и инструмента путем перемещения по поверхности изделия плазменной дуги прямого действия, содержащий систему подачи плазмообразующего газа, систему охлаждения его узлов, систему электромагнитного сканирования дуги (рисунок 1.4). Электропитание катода осуществляется по проводу, расположенному в рукаве подачи охлаждающей жидкости, охлаждение узлов плазмотрона осуществляют последовательно в порядке «катод-сопло», стенка охлаждаемой полости сопла со стороны внутреннего канала сопла имеет канавки, плоские полюса магнитопровода ^ расположены заподлицо на торцевой поверхности сопла, перпендикулярно

его оси в пазах, профрезерованных на глубину, равную толщине полюсов, кроме того, ширина полюсов равна 1-2, а зазор между ними - 2,4-2,6 диаметра внутреннего канала сопла, причем цилиндрический канал сопла на выходе имеет фаску с углом 45°, снятую на глубину, равную двойной толщине полюсов магнитопровода, и трубка с вольфрамовым катодом имеет с корпусом катодного узла резьбовое соединение.

ч

Рисунок 1.4 - Плазмотрон для плазменной закалки

Недостатком такого плазмотрона является ограниченность материалов используемых для обработки плазматронами прямого действия, а также использование вольфрамового катода ограничивает род плазмообразующего газа.

Электродуговой плазмотрон [31] для нагрева воздуха, азота, гелия и других газов, содержит установленные вдоль продольной оси изолированные друг от друга медные стаканообразный анод и катод переменного сечения (рисунок 1.5). Анод выполнен в виде ступенчато сужающегося цилиндра в направлении потока газа с соотношениями геометрических размеров: с!3/с12=1,5-1,8, с12/с1,=1,13-1,17; 4,8<Ь3М3<6,5; Ь2/<12=1,2-1,6; Ь2/ё2=1,2-1,6, где ё] - диаметр цилиндрического канала катода; с12 и Ь2 - диаметр и длина зауженной части анода соответственно; с13 и Ь3 - диаметр и длина расширенной части анода соответственно.

Расплав

Рисунок 1.5 - Плавильный плазмотрон

Электродуговой плазмотрон с паровихревой стабилизацией дуги [32] содержит соосно и последовательно установленные водоохлаждаемый катодный узел с экраном и изолятором, установленную с межэлектродным зазором анодную вставку, выполненную в виде полого цилиндра с винтовыми каналами охлаждения, и рубашку, а также водоохлаждаемый анодный узел с соленоидом (рисунок 1.6). Анодная вставка служит парогенератором и оснащена рубашкой и винтовым каналом охлаждения, размещенным между ними, а также п-заходными резьбовыми проточками, сообщающими винтовой канал охлаждения с межэлектродным зазором и с внутренним каналом анодной вставки. Анодная вставка и рубашка выполнены из металлов с различными коэффициентами теплового расширения и установлены с тепловым зазором относительно друг друга. Анодную вставку охлаждают дозированным количеством воды, зависящим от мощности плазмотрона, а катодный и анодный узлы - неограниченным количеством воды, раздельно от анодной вставки. Направление тока в обмотке соленоида, размещенного на аноде, задают одинаковое с направлением п-заходных проточек на анодной вставке и направлением закрутки плазмообразующего газа.

Рисунок 1.6 - Электродуговой плазмотрон с паровихревой стабилизацией дуги

Недостатком плазмотронов является паровихревой стабилизацией дуги является формирование падающей вольтамперной характеристики.

Известен трехфазный генератор плазмы переменного тока [33], включающий электродный блок, в корпусе которого закреплены начальные части трех электродов и плазменный инжектор, и сопловой блок, соединенный с электродным блоком таким образом, что их полости образуют единую электроразрядную камеру, при этом на выходе соплового блока установлено сопло для выхода плазмы, а на входе в электродный блок смонтировано кольцо для подачи плазмообразующего газа. Рабочие части электродов введены в полость соплового блока, при этом в электродном блоке и в сопловом блоке установлено, по меньшей мере, по одному дополнительному кольцу для подачи плазмообразующего газа (рисунок 1.7).

Недостатком этого устройства является использование высокого трехфазного переменного напряжения и больших мощностей, что усложняет управление и измерение энергетических параметров плазмотрона, а также применение сложной конструкции электродов.

Анализ и обобщение информации

В ходе проведения патентных исследований по конструкциям плазмотронов выявлено что имеется всего несколько конструкции плазмотронов в которых электрическая дуга движется одновременно и по аноду и по катоду, то есть дуга стабилизируется электродами. Основное направление уделено повышению выходной мощности данных плазмотронов.

1.2 Требования предъявляемые к плазмотронам

Бурное развитие электроплазменных процессов предъявляет к плазмотронам новые и более высокие требования. В связи с тем, что для каждого технологического процесса применима одна вполне определенная конструкция плазмотрона, дающая высокий технико-экономический эффект, число требований, предъявляемых к плазмотронам, растет пропорционально количеству разработанных технологических процессов [8, 34]. Можно выделить основные требования, присущие наиболее широко распространенным плазмотронам:

- мощность;

- стабильность параметров плазменного потока;

- высокая энергетическая эффективность;

- большая длительность непрерывной работы;

- надежность конструкции;

- простота эксплуатации;

- возможность использования любых плазмообразующих сред;

- легкость ввода исходных материалов в плазменный поток и т. д.

Создание плазмотронов, соответствующих этим требованиям,

обеспечивает высокую технико-экономическую эффективность электроплазменных процессов.

Мощность плазмотрона. В зависимости от вида электроплазменного процесса мощность плазмотрона может меняться от единиц киловатт до десятков и сотен мегаватт. Плазмотроны мощностью до 100 кВт широко используются в процессах сварки, резки, наплавки, напыления и др. Плазмотроны мощностью до 1 МВт применяются в промышленных целях и для опытно-промышленных установок. Более мощные плазмотроны (от 10 до 100 МВт) пока еще находятся в стадии разработки. Дуговые

плазмотроны большой мощности имеют невысокий ресурс работы, а высокочастотные (ВЧ) - плазмотроны - более низкую энергетическую эффективность.

Стабильность параметров плазменного потока. Это требование является одним из самых существенных, так как от выполнения его значительно зависит качество готового продукта и эффективность ведения технологического процесса. Так, процессы шунтирования дуги в канале плазмотрона создают значительные пульсации параметров плазменного потока, что в некоторых случаях неприемлемо [35].

Высокая энергетическая эффективность плазмотрона. Это требование включает высокую эффективность преобразования электрической энергии в тепловую и возможность получения максимального КПД технологического процесса. Например, при сфероидизации дисперсных материалов эффективность технологического процесса увеличивается с уменьшением скорости плазменного потока, но в то же время термический КПД плазмотрона снижается. Поэтому плазмотрон должен обеспечивать оптимальные условия ведения технологического процесса при высоком термическом КПД установки.

Большая длительность непрерывной работы плазмотрона. Данному требованию удовлетворяют плазмотроны, стабильно и надежно работающие в продолжение более 200 часов ВЧ - плазмотроны достигают непрерывной работы около 2000 часов, что определяется ресурсом работы генераторной лампы. Дуговые плазмотроны в настоящее время могут работать 200 часов без смены электродов. Многоэлектродные плазмотроны дают возможность значительно увеличить ресурс работы плазмотрона. В некоторых случаях длительная работа плазмотрона может быть обеспечена быстрой сменой электродов или путем непрерывной подачи электродов в область дугового промежутка.

Надежность конструкции плазмотрона. Она определяется многими факторами: простотой конструкции плазмотрона, широким распространением использованных в нем материалов, удобством монтажа и надежностью его сборки и разборки, исключающими возникновение нестабильностей формирования электрического разряда и т. д.

Простота эксплуатации плазмотрона. Данное требование включает простоту сборки и разборки плазмотрона, простоту крепления его в технологической зоне, легкость возбуждения электрического разряда, причем желательно без ввода дополнительных устройств в область разрядного канала. Например, для ВЧ - разряда желательно производить возбуждение плазмы без ввода поджигающих угольных стержней или без ввода дополнительных электродов и плазмотронов. Дуговой разряд желательно возбуждать без проволочек или вводимых в канал поджигающих электродов.

Возможность использования любых плазмообразующих сред. В ВЧ, сверхвысокочастотные (СВЧ) [36] и некоторых других плазмотронах это требование автоматически выполняется в связи с отсутствием эрозирующих электродов. Значительно хуже в этом смысле обстоит дело с дуговыми плазмотронами, хотя в настоящее время среди них уже имеются плазмотроны для работы на воздухе и в других агрессивных средах при использовании защищенных электродов или перемещающихся электродных пятен.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Габдрахманов, Азат Талгатович, 2013 год

Список использованной литературы

1. Проектирование электроплазменных технологий и автоматизированного оборудования/ В.М. Таран, С.М. Лисовский, A.B. Лясникова. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 250с.

2. Низкотемпературная плазма: Т. 18. Высокоэнергетические процессы обработки материалов / Отв. ред. М. Ф. Жуков; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, ин-т теплофизики. - Новосибирск : Наука, 2000. - 425 с.

3. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: учебное пособие: Т. 2. Обработки материалов с использованием высококонцентрированных источников энергий / Б.А. Артманов, Ю.С. Волков, В.И. Дрожанова. - М.: Высш. Школа, 1983. - 208с.

4. Новые материалы и технологии. Конструирование новых материалов и упрочняющих технологий / В. Е. Панин ; Ред. М. Ф. Жуков ; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, ин-т физики прочности и материаловедения, и др. -Новосибирск : Наука, 1993. - 151 с.

5. Электродуговые и высокочастотные плазмотроны в химико-металлургических процессах: учеб. пособие для вузов, специализирующихся в области физики низкотемпературной плазмы, специальных металлургических и плазмохимических процессов / В.Л. Дзюба, Г.Ю. Даутов, И.Ш. Абдуллин. - Киев: Вища школа, 1991. - 170 с.

6. Энциклопедия низкотемпературной плазмы: Вводный том в 9 кн. Кн. 4. / Под ред. академика В.Е. Фортова. - М.: Наука, 2000. - 516 с.

7. Низкотемпературная плазма: Т. 17: Электродуговые генераторы термической плазмы / Отв. ред. М. Ф. Жуков; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, ин-т теплофизики. - Новосибирск: Наука, 1999. - 712 с.

8. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны) / М.Ф. Жуков, Б.А. Урюков, В .Я. Смоляков. - М.: Наука, 1973. - 232 с.

9. Электродуговые плазмотроны / A.C. Коротеев. -М.: Машиностроение, 1980.- 175 с.

10. Генераторы низкотемпературной плазмы/ Коротеев А. С. и др. - М.: изд-во «Наука», 1969.

11. Плазмотроны: конструкции, характеристика, расчет/ A.C. Коротеев, В.М. Миронов, Ю.С. Свирчук. - М.: Машиностроение, 1997. - 296с.

12. Генераторы низкотемпературной плазмы/ Коротеев А. С. и др. - М.: изд-во «Наука», 1969.

13. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий/ Ф.А. Сальянов. - М.: Наука, Физматлит, 1997. - 240с.

14. Физика и техника низкотемпературной плазмы / С.В. Дресвин, A.B. Донской, В.М. Гольдфарб, B.C. Клубникин. -М.: Атомиздат, 1972. - 352 с.

15. Плазменные промышленные установки. Промышленные плазмотроны: учеб. пособие по курсу "Электротехнические установки и системы" / А.М. Кручинин, В.П. Цишевский. - М.: МЭИ, 1991. - 102 с.

16. Энциклопедия низкотемпературной плазмы: Вводный том в 9 кн. Кн. 2. / Под ред. академика В.Е. Фортова. - М.: Наука, 2000. - 648с.

17. Низкотемпературная плазма: Т.7. Сильноточный дуговой разряд в магнитном поле / Ред. О. Я. Новиков, В. Н. Ярыгин. - Новосибирск : Наука, 1992.-265 с.

18. Плазменная и пучковая технология / И.С. Гасанов. - Баку: Элм, 2007. -171 с.

19. Разряд в смесях инертных газов / JI.B. Шибкова, В.М. Шибков. - М.: Физматлит, 2006. - 200 с.

20. Электрический ток в газе. Установившийся ток / B.JI. Грановский - М.: Наука, 1971.-543 с.

21. Modelling of the constricted arc in plasma generators / A.M. Krouchinin, A. Sawicki, Technical University Czestochowa. - Czestochowa: Gopyright by Wydawnictwo Politechniki Czestochowskiej, 2005. - 223 c.

22. Особенности работы генераторов низкотемпературной плазмы с вихревой стабилизацией дуги и обобщение результатов исследований / Г.Ю. Даутов, М.Ф. Жуков, A.C. Коротеев, В.Я. Смоляков, Ю.И. Сухинин, О.И. Ясько. - В сб. «Низкотемпературная плазма». - М.: Мир, 1967.

23. Электрическая дуга в закрученном потоке газа в канале плазмотрона / Г.И. Бийбосунова, А. Жайнаков и др. - Фрунзе: Илим, 1989.

24. Низкотемпературная плазма и газовый разряд: учеб. пособие для студентов вузов / Б.А. Князев; М-во образования Рос. Федерации, Новосиб. гос. ун-т, Физ. фак. - Новосибирск: НГУ, 2003. - 290 с.

25. Низкотемпературная плазма: Т.5. Устойчивость горения электрической дуги / Ред. О.Я. Новиков, В.Н. Ярыгин. - Новосибирск : Наука, 1992. - 197 с.

26. Пат. 2363119 Российская Федерация, МПК Н05Н1/26. Плазмотрон. -№2006123860/06; заявл. 03.07.2006; опубл. 27.07.2009.

27. Пат. 2361964 Российская Федерация, МПК С23С4/12, Н05Н 1/00. Способ экономичного плазменного сверхзвукового напыления. -№2006127104/02; заявл. 26.07.2006; опубл. 20.07.2009.

28. Пат. 2350052 Российская Федерация, МПК Н05Н1/26. Плазмотрон. -№2008110213/06; заявл. 19.03.2008; опубл. 20.03.2009.

29. Пат. 98102043 Российская Федерация, МПК С23С14/35, С23С4/00, НОШ7/00. Рельсовый плазмотрон для получения покрытий на поверхности диэлектрических материалов. - №98102043/02; заявл. 1998.02.09; опубл. 1999.03.10.

30. Пат. 95215 Российская Федерация, МПК Н05Н 1/26, C21D 1/00. Плазмотрон для плазменной закалки. - № 2009137574/22; заявл. 25.09.2009; опубл. 10.06.2010.

31. Пат. 111734 Российская Федерация, МПК Н05Н 1/34. Плавильный плазмотрон. -№2011126158/07; заявл. 24.06.2011; опубл. 20.12.2011.

32. Пат. 2441353 Российская Федерация, МПК Н05В 7/22. Электродуговой плазмотрон с паровихревой стабилизацией дуги. - № 2010126484/07; заявл. 28.06.2010; опубл. 27.01.2012.

33. Пат. 2225686 Российская Федерация, МПК Н05Н1/24. Трехфазный генератор плазмы переменного тока / Рутберг Ф.Г., Сафронов A.A., Ширяев В.Н.; - № 2002124491/06; заявл. 10.09.2002; опубл. 10.03.2004.

34. Термическая обработка в машиностроении: Справочник / Под общ. ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта. - М.: Машиностроение, 1980.

35. Основы физических процессов в плазме и плазменных установках / С. К. Жданов, В.А. Курнаев, М.К. Романовский, И.В. Цветков. - М: Мифи, 2000.- 184 с.

36. Низкотемпературная плазма: Т.6. ВЧ- СВЧ плазмотроны / Ред. О.Я. Новиков, В. Н. Ярыгин. - Новосибирск: Наука, 1992. - 319 с.

37. Электродуговые плазмотроны. Рекламный проспект / Под ред. М.Ф. Жукова. Акад. наук СССР, Сиб. отд-ние, Ин-т теплофизики. Новосибирск: Наука, 1975. - 44 с.

38. Физические основы генерации концентрированных потоков энергий / В.О. Бушма, В.М. Боровик, Р.В. Родякина. - М.: МЭИ, 1999. - 104 с.

39. Моделирование процесса обработки плазменным технологическим комплексом для достижения заданных показателей качества / И.Х. Исрафилов, В.В. Звездин, А.И. Нугуманова, Д.И. Исрафилов, P.C. Файрузов // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. - 2007. - №2, С. 86-88.

40. Некоторые обобщения исследований электрических дуг / Г. Ю. Даутов, М. Ф. Жуков // ПМТФ. - 1965. -№ 2.

41. О некоторых особенностях горения электрической дуги в плазмотроне постоянного тока / В.Я. Смоляков // ПМТФ. - 1963. - №6.

42. Особенности аэродинамики однокамерного плазмотрона с газовихревой стабилизацией дуги и ее влияние на поведение дуги / А. Д. Лебедев, Г. И. Морцева, В.Я. Смоляков // Изв. СО АН СССР. Серия техн. наук. - 1967. - № 3, вып. 1.

43. Особенности вольтамперной характеристики импульсного плазменного генератора / А.Т. Габдрахманов // Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация. - 2011. - №2, С. 11-13.

44. Осциллографические измерения / В.Я. Соловов. - Москва, Энергия, 1975.-72 с.

45. Исследование энергетических характеристик плазмотронов рельсотронного типа / А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов // Социально-экономические и технические системы: электронное периодическое издание.-Наб. Челны, 2008, Вып. 4.

46. Габдрахманов А.Т. Влияние геометрических параметров плазмотрона на его энергетические характеристики / А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов // Социально-экономические и технические системы: электронное периодическое издание.- Наб. Челны, 2008, Вып. 4.

47. Курс электротехники / Б.И. Паначевный. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.-288 с.

48. Электротехника / A.C. Касаткин, М.В. Немцов. 12-е изд. - М.: Академия, 2008. - 544 с.

49. Эксплуатационный контроль электрических параметров дуговых электропечей / H.A. Марков, О.В. Баранник. - М.: Энергия, 1973. - 105 с.

50. Методы и средства измерений / Г.Г. Раннев, А.П. Тарасенко. - М.: Академия, 2004. - 336 с.

51. Электрорадио измерения / Ф.В. Кушнир. - Л.: Энергоатомиздат, 1983.

52. Измерение параметров линейных и нелинейных электрических и радиотехнических цепей / И.А. Вакалов, В.К. Люев. - Нальчик: КБГУ, 2005. -50 с.

53. Технологические измерения и приборы / Н.Г. Фарзане, JI.B. Илясов. -М.: Высшая школа, 1989. - 456 с.

54. Технические измерения и приборы / И.Г. Друзьякин, А.Н. Лыков. -Пермь: Издательство Пермского государственного технического университета, 2008. - 412 с.

55. Физические основы измерений / И.З. Джилавдари. - Минск: БНТУ, 2003.- 116с.

56. Радиотехнические измерения / P.A. Валитов. - М.: Советское радио, 1963.-631 с.

57. Электрические и радиотехнические измерения / A.M. Голик, В.А. Кондрашин. - С-Пб.: ВАУ, 2002. -106 с.

58. Гальваномагнитные эффекты и методы их исследования / Е.В. Кучис. -М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.

59. Устройства с датчиками Холла и датчиками магнитосопротивления / В.Н. Богомолов. -М.: Госэнергоиздат, 1961. - 168 с.

60. Изучение эффекта Холла в полупроводниках. Методические указания по выполнению лабораторной работы / A.B. Сюй, И.А. Коростелёва. -Хабаровск: ДВГУПС, 2008. - 15 с.

61. Основы физики / В.Ф. Дмитриева, В.Л. Прокофьев. - М.: Высшая школа, 2001. - 527 с.

62. Основы физики. Курс общей физики. Том 2 / В.Е. Белонучкин, Д. А. Заикин, Ю.М. Ципенюк. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2001г. - 504с.

63. Теоретическая физика в 10 томах. Том 8. Электродинамика сплошных сред / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. - М.: Физматлит, 2005. - 652 с.

64. Адаптивный курс физики. Электричество и магнетизм / А.Э. Васильев, В.В. Козловский, Н.Г. Захаров. - СПб.: СПбГТУ, 2009. - 63с.

150

65. Основы метрологии и электрические измерения: Методические указания к лабораторным работам / В.Н. Шивринский. - Ульяновск: УлГТУ, 1997.- 120 с.

66. Метрология в электрических измерениях / А.Н. Морозов, A.B. Чубарь. - Красноярск: КГТУ, 2004. - 59 с.

67. Машиностроение. Том III-7. Измерения, контроль, испытания и диагностика / Гл. ред. К.В. Фролов. - М: Машиностроение, 1996. - 464 с.

68. Методы, техника измерений и математическая обработка данных / М.В. Кузенков, В.Г. Середкин. - Красноярск: СибФУ, 2007. - 244 с.

69. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1988.

70. Введение в математическую статистику / Г.И. Ивченко, Ю.И. Медведев. - М.: УРСС, 2010. - 600с.

71. Математическая статистика / JI.A. Кухаренко, С.Г. Малошевский. -СПб.: Петербургский ин-т инж. ж.-д. трансп., 1993. - 138 с.

72. Математическая статистика / В.Б. Горяинов, И.В. Павлов, Г.М. Цветкова. - М.: М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 424 с.

73. Математическая статистика и планирование эксперимента / В.В. Рыков, В.Ю. Иткин. - М.: Российский государственный ун-т нефти и газа им. И. М. Губкина, 2008. - 210 с.

74. Анализ и обработка данных / И. Гайдышев. - Спб.: Питер, 2001. -750 с.

75. Основы статистического анализа и обработка данных с применением Microsoft Excel / T.B. Борздова. - Минск: ГИУСТ БГУ, 2011. - 75 с.

76. Энциклопедия низкотемпературной плазмы: Серия Б "Справочные приложения, базы и банки данных". Тематический Т. V-1. Диагностика низкотемпературной плазмы. 4.1 / Под ред. академика В.Е. Фортова. - М: Янус-К, 2006. - 652 с.

77. Энциклопедия низкотемпературной плазмы: Серия Б "Справочные приложения, базы и банки данных". Тематический Т. V-1. Диагностика низкотемпературной плазмы. 4.2 / Под ред. академика В.Е. Фортова. - М: Янус-К, 2007.-510 с.

78. Диагностика плазмы / Под ред. Р. Хаддлстоуна, С. Леонарда. - М.: Мир, 1967.-516 с.

79. Габдрахманов А.Т. Компьютерное моделирование течения газа в разрядной камере импульсного плазменного генератора / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, Д.И. Исрафилов, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин // Известия ТулГУ. 2012, Вып. 6 - С.90-97.

80. Имитационное моделирование движения плазмы в кольцевом плазмотроне пакете программ STARCCM+ / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин // VII международная научно-практическая конференция «Star Russia 2012: Компьютерные технологии решения прикладных задач тепломассопереноса и прочности». - Нижний Новгород: Саровский Инженерный Центр, CD-adapco, 2012. -С. 37-39.

81. Моделирование течения газа в высокоэффективном плазмотроне для модификации поверхности / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин, А.И. Нугуманова // Сборник трудов XVII международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века». - Донецк, 2010. Т.1. -С. 308-312.

82. Моделирование и методы расчета физико-химических процессов в низкотемпературной плазме / Под ред. Л.С. Полака. - М: Наука, 1974. -272 с.

83. Габдрахманов А.Т. К расчету магнитного поля электродов в импульсном плазменном генераторе рельсотронного типа / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов // Проектирование и исследование

технических систем: Межвуз. науч. сборник. - Наб. Челны, 2009,№14 -С. 76-81.

84. Габдрахманов А.Т. Исследование дуги движущейся под действием собственного магнитного поля / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, Д.И. Исрафилов, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин // Сб-к статей Республиканской научно-технической конференции «Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий». - Казань, 2010. -С.42-46.

85. Взаимодействие дуги с электродами плазмотрона / О.И. Ясько. - М.: Наука и техника, 1982.

86. Низкотемпературная плазма. Т. 10: Теория и расчет приэлектродных процессов / И. Г. Паневин. - Новосибирск: Наука, 1992 . - 193 с.

87. Теплофизика приэлектродных процессов электродугового нагрева газа: учебное пособие / М.Ф. Жуков, Г.-Н.Б. Дандарон, В.К. Литвинов. -Магнитогорск: МГМИ, 1989 . - 84 с.

88. Исследование следов электрической дуги на электродах в импульсном плазменном генераторе / И.Х. Исрафилов, А.Т. Габдрахманов // Социально-экономические и технические системы: электронное периодическое издание. - Наб. Челны, 2011№2(59).

89. Исследование влияния материала электродов на приэлектродные процессы плазмотрона рельсотронного типа / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов // Тез. докл. XXXVII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и У ТС. - Звенигород, 2010 -С. 340.

90. Физические основы применения концентрированных потоков энергий в технологиях обработки материалов./ Клебанов Ю.Д., Григорьев С.Н. Издание второе. Учебник. -М.: ИЦ МГТУ «Станкин, Янус-к». 2005, - 220с.

91. Давыдов C.B., Гуляев Ю.В., Симочкин В.В. Влияние теплофизических

свойств углеродистых сталей на эвтектоидное превращение аустенита //

153

Вестник Брянского государственного технического университета, 2008, № 1. С. 4-9.

92. Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков [и др.]; Под ред. A.C. Зубченко. - М.: Машиностроение, 2001. - 672 с.

93. Технология обработки концентрированными потоками энергии / A.A. Паркин - Самара: Самарский государственный технический университет, 2004. - 497 с.

94. Исследование влияния параметров импульсного плазменного генератора на показатели качества технологического процесса / В.В. Звездин, А.Т. Галиакбаров, P.P. Саубанов, А.Т. Габдрахманов, А.И. Нугуманова // Вестн. КГТУ им. А.Н.Туполева. 2010, №2 - С.50-52.

95. Теплофизические особенности процесса импульсной плазменной обработки сталей / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин // Известия ТулГУ. 2013, Вып. 6 - С.253-260.

96. Применение импульсного плазменного генератора в машиностроении в качестве инструмента для поверхностного упрочнения материалов / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, Д.И. Исрафилов, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин // Сборник трудов XVIII международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера XXI века». -Донецк, 2011. Т.1-С. 23-27.

97. Импульсный плазменный генератор для модификации материалов / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин // Сборник трудов Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети Наноинженерия. - Казань: Изд-во КНИГУ, 2011.— С.145-149.

98. Импульсный плазменный генератор для термоупрочнения железоуглеродистых сплавов / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин // Международная научная

154

конференция «Плазменные технологии исследования, модификации и получения материалов различной физической природы», сборник материалов конференции. - Казань: Изд-во КНИТУ, 2012. - С. 233-234. 99. Энергоэффективный способ плазменного упрочнения поверхностного слоя с применением импульсного плазменного генератора / И.Х. Исрафилов, А.Т. Галиакбаров, А.Т. Габдрахманов, А.Д. Самигуллин, А.Р. Петрова // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. сборник.

- Наб. Челны, 2010,№12 - С. 77-81.