Введение к работе
Актуальность работы. Электрофизические методы обработки материалов с каждым днем находят все большее и большее применение. Особый интерес вызывают разряды, возникающие между твердым и жидким электродами, позволяющие создать нетрадиционные источники плазмы. Получаемая таким образом низкотемпературная плазма может использоваться, и уже в ряде случаев используется для нанесения высококачественных теплозащитных диэлектрических, противокоррозионных и декоративных покрытий, а также для нагрева металлов и термической обработки деталей, работающих в агрегатах различных производств. Однако, несмотря на большие возможности применения объемного разряда в жидкостях, физика разряда между жидким и твердым электродами изучена недостаточно. Особенно мало работ посвящено изучению физических процессов, происходящих на границе раздела жидкого катода и плазмы. Практически нет данных о вольтамперных характеристиках, величинах анодного и катодного падения потенциалов. Неизученность этих процессов сдерживает создание и широкое использование плазменных электротермических установок с жидким электродом, которые необходимы для термообработки и серийного производства деталей в большей степени определяющих технические характеристики и надежность современной техники.
Цель работы заключается в разработке плазменной элек- тротермической установки с жидким катодом и исследовании объемного разряда в широком диапазоне изменений его параметров.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать и создать экспериментальную плазменную электротермическую установку с жидким катодом для исследования объемного разряда в широком диапазоне изменений его параметров ;
исследовать основные особенности возникновения, существования и устойчивого горения электрического разряда с жидким электродом;
разработать математическую модель и найти алгоритм расчета плазменной электротермической установки;
осуществить практическое использование разработанной установки для обработки деталей горно-шахтного оборудования и дать им экономическую оценку.
Научная новизна работы состоит в том, что решена конкретная научная задача, связанная с разработкой плазменной электротермической установки для термической обработки изделий. При этом автором получены следующие новые научные результаты:
- выявлены основные закономерности поведения объёмного
разряда между твердым анодом и жидким катодом;
- представлены обобщенные графики и критериальные
уравнения удобные для инженерных расчетов;
аналитически получены формулы, показывающие изменение концентрации электронов между электролитом(катодом) и металлическим анодом;
установлено, что пробой газа между электролитом и металлическим электродом осложняется действием электрического поля на электролит, влиянием силы поверхностного натяжения и силы тяжести;
определена зависимость напряженности электрического поля от плотности электролита, поверхностного натяжения и диаметра катодного пятна;
разработана математическая модель, описывающая свойства жидкой плазмы и найден алгоритм расчета плазменной электротермической установки, позволяющий определить основные её режимы работы и температуру плазмы;
создана опытно-промышленная плазменная электротермическая установка, базирующаяся на изученных явлениях.
Практическая ценность диссертации заключается в замене сложных малопроизводительных, с низким КПД электротермических установок, используемых в процессе термической обработки изделий, на более простые и высокопроизводительные плазменные электротермические установки и в создании инженерной методики расчета плазменной электротермической установки на основе аналитических формул, обобщенных графиков и критериальных зависимостей с применением алгоритма расчета.
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили создать опытно-промышленную плазменную электротермическую установку с жидким катодом для термической обработки деталей горношахтного оборудования.
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертации докладывались и обсуждались на Международ
ном семинаре "Газотермическое напыление в промышленно
сти" (Санкт-Петербург,1993),на республиканской научно-
технической конференции " Плазмотехнология "
(Запорожье,1993), на Международных конференциях
"Высокоэффективные технологии в машиностроении"
(Алушта, 1995,1996), на научно-технической конференции
Высшей школы бизнеса (Алчевск,1995), а также на научно-
технических конференциях Донбасского горно
металлургического института (Алчевск,1992-1996).
Публикации материалов. По теме диссертационной работы опубликовано 4 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, перечня ссылок из 116 наименований и приложений.