Главная | Обратная связь

Условия непрерывного горения дуги в плазматронах.

Непрерывное горение электрической дуги в плазматроне осуществляется с помощью специального оборудования, называемой плазменной установкой. В зависимости от решаемых технологических или других задач плазменная установка должна обеспечивать получение плазменного потока с заданными параметрами.

В комплект плазменной установки любого назначения входят: 1) плазматрон – основной рабочий инструмент технологического процесса; 2) источник питания плазматрона электрической энергией с системами регулирования режима, контроля и управления установкой; 3) системы подачи газов в плазматрон и различных материалов в рабочую зону; 4) системы охлаждения плазмотрона и источника питания.

Основное требование к плазменным установкам состоит в том, что технологический процесс с применением плазменного оборудования должен иметь явные преимущества по сравнению с существующими технологическими процессами для той же цели.

Плазматрон как основной рабочий инструмент выбирается в зависимости от вида технологического процесса. Непрерывное горение дуги в плазматроне обеспечивается с помощью электрической цепи, содержащей источник тока. В ней электрическая дуга является нагрузкой с переменным напряжением, т.е. потребителем электрической энергии. Источник и электрическая дуга совместно образуют одну систему и устойчивое горение дуги зависит от согласованности параметров источника питания и потребителя, т.е. плазматрона.

Принципиально условия устойчивости горения дуги в плазматроне могут быть сформулированы следующим образом. Допустим, что в результате каких-то причин установившийся режим уже устойчиво горящей дуги нарушен. Обозначим силу тока установившегося режима через I₀, а величину малого изменения тока через ∆I₀. Тогда I= I₀ ± ∆I₀. После изменения величины тока дуги выясним условия, при которых с течением времени ∆I₀ стремится к нулю, т.е. дуга возвращается к начальному состоянию. Такой режим горения дуги в плазматроне называется устойчивым.

Источники питания плазматронов постоянного тока весьма разнообразны по своим параметрам и характеристикам. На ранней стадии развития плазменной техники применяли стандартные источники постоянного тока, например источник питания для электродуговой сварки, отдельные выпрямительные блоки сильноточных агрегатов и др., однако особенности горения дугового разряда в плазматроне потребовали создания специальных источников электрической энергией. В настоящее время такие источники серийно выпускаются промышленностью.

Теоретическое исследование условий устойчивой работы системы, состояний из источника постоянного тока и электрической дуги, показывает, что для обеспечения устойчивого горения дугового разряда в плазматроне источник питания должен иметь падающие вольт-амперные характеристики. Так как в плазматронах с самоустанавливающейся дугой всегда реализуются падающие вольт-амперные характеристики, то наилучшей характеристикой источника тока является круто падающая (штыковая) вольт-амперная характеристика. При этом всегда обеспечивается неизменность режима по току, даже при колебаниях длины дуги в плазматроне.

Рассмотрим работу системы источника питания – электрическая дуга для случая, когда вольт-амперная характеристика источника (U_и=f(I)) падает более круто, чем соответствующая характеристика дуги (U_g=f(I)) .На рис.1 показаны графики таких характеристик.

Рис.1

Равенство U_g и U_и. Из рис.1 видно, что это условие удовлетворяется в точке пересечения характеристик, т.е. в точке А возможно устойчивое горение дуги при токе I_A.В процессе горения дуги возможны значительные флуктуации тока, например обусловленные с механизмом шунтирования.

Они вызывают соответствующие изменения параметров электрической цепи, в том числе и источника питания. Предположим, что сила тока случайно отклонилась от I_A в сторону увеличения, т.е ∆I > 0.Это обуславливает изменения U_g и U_и соответственно на ∆U_g и U_и. Поэтому напряжение источника становится меньше необходимого для горения дуги значения, источник оказывается не в состоянии поддерживать силу тока (I_A+∆I), т.е. большую, чем I_A. В результате сила тока в электрической цепи уменьшается до значения I_A. При уменьшении силы тока менее I_A требуется напряжение для горения дуги (U_A+∆U_g) становится меньше напряжения источника (U_A+∆U_и). В этом случае, как видно из рис.1, ∆U_и>∆U_g. В электрической цепи создается избыток напряжения (∆U_и−∆U_g) и сила тока возрастает до значения I_A, т.е. дуга возвращается к начальному состоянию. Таким образом, устойчивое горение дуги реализуется при значении тока I_A, а состояние, соответствующее точке А, является устойчивым.

В случае применения источника питания дуги электрической энергией с жесткой или слабо падающей вольт-амперной характеристикой, например, когда в качестве источника используется выпрямитель трехфазного переменного напряжения тока, устойчивое горение дуги можно достичь путем использования плазматрона с восходящей вольт-амперной характеристикой. При условии, когда графики характеристик источника тока и дуги пересекаются таким же образом, как это показано на рис.1. Однако создание плазматронов с восходящей характеристикой является сложной технической задачей, до сих пор не решенной в промышленном масштабе, т.е. применяемые в настоящее время электродуговые плазматроны имеют падающие вольт-амперные характеристики. Поэтому устойчивые горение дуги практически обеспечивается путем введения в электрическую цепь плазматрона дополнительного сопротивления, называемого балластным сопротивлением. В качестве такого сопротивления обычно применяются водяные реостаты. По конструкции балластный реостат представляет собой сосуд в виде труба в трубе. Наружная труба с дном является корпусом реостата. Корпус и внутренняя труба электрически изолированы друг от друга. Роль электродов выполняет (катод и анод) и образует разрыв электрической цепи, который заполняется слабым водным раствором солей (например, Na Cl) до определенного уровня. Внутренний электрод может перемещаться в осевом направлении относительного корпуса. При этом изменяется глубина погружения электрода в раствор и это влечет за собой соответствующее изменение активного сопротивления реостата.

Электрическая цепь с балластным реостатом (рис.2) является наиболее простой и универсальной системой питания плазмотронов с падающей вольт-амперной характеристикой. Она позволяет изменять электрические и технологические параметры плазмотронов в широком диапазоне значений путем изменения сопротивления реостата. В простейшем случае такая цепь содержит источник постоянного тока, балластный реостат и плазмотрон с падающей вольт-амперной характеристикой.

Закон Ома для этой цепи (рис.2) записывается в виде:

Рис.2

Где ε, r − электродвижущая сила и внутреннее сопротивление источника; R_g и R_б − сопротивление электрической дуги и реостата.

Закон Ома может быть представлен в более удобном для анализа виде

ε – rI = IR_g+IR_б,

Где (ε – rI) − напряжение на клеммах источника тока U_и ; IR_g − напряжение горения электрической дуги; U_g, IR_б − падения напряжения на балластном реостате U_б .

Типичные зависимости U_и, U_g и U_б от силы тока приведены на рис.3

Рис.3

Приведенные зависимости представляют собой законы Ома для отдельных участков электрической цепи, показанной на рис.2 участок цепи 1−2 это источник тока, где сосредоточены э. д. с. и внутреннее сопротивление источника. Сила тока на этом участке согласно закону Ома определяется уравнением:

Из этого уравнения следует

U_и = ε − rI.

Э.д.с. источника питания не зависит от силы тока, следовательно зависимость U_и = f(I) должна быть линейный выпрямитель трехфазного переменного тока, зависимость U_и = f(I) является в виде следующего уравнения:

U_и = ε – rI².

Таким образом, вольт-амперная характеристика источника тока (рис.3а) имеет нелинейно слабо падающий характер.

На участке 2 − 3 электрической цепи (рис.3в) установлен балластный реостат, который служит для регулирования тока в цепи, а следовательно, и тока дуги в плазматроне.

На участке 3− 4 электрической цепи расположен плазмотрон с падающей вольт-амперной характеристикой.

Плазматрон и балластный реостат соединены последовательно. Они в нем являются потребителями электрической энергии источника питания. Поэтому при работе плазматрона часть напряжения источника тока падает на дуге, а остальная часть напряжения – на балластном цепи будет U=U_g+U_б, и оно должно быть равно приложенному внешнему напряжению источника питания т.е. U_и=U.

На рис.4 построены графики зависимости U_g=f(I) и U_б=f(I). Из рис.4 следует, что условно устойчивости удовлетворяют точки А и В, соответствующие значениям тока дуги I_А и I_В.

Рис.4

 

Рассмотрим состояние системы, состоящей из источника тока, плазматрона и реостата, соответствующее точке А. В процессе горения дуги возможны флуктуации тока, обусловленные, например, явлением шунтирования. Так, при уменьшении силы тока менее I_А напряжение источника питания U_и становится меньше напряжения U, необходимого для устойчивого горения дуги. Это приводит к дальнейшему снижению тока вплоть до полного прекращения дуги. При случайном увеличении силы тока более I_А, требуемое для горения дуги напряжение убывает, поэтому в электрической цепи создается избыток напряжения. За счет этого избыточного напряжения силы тока продолжает расти до значения Iв, соответствующего точке В. При дальнейшем увеличении тока напряжение U_и для поддержания этого роста станет недостаточным и ток уменьшится до значения I_в . В случае уменьшения тока возникает избыток напряжения и ток восстанавливается до значения I_в таким образом, непрерывное горение дуги реализуется при значении силы тока I_в, а состояние, соответствующее точке А, является неустойчивым.

Недостатком рассмотренный системы питания плазматронов является то, что на балластном реостате теряется значительная (от23 до 42%) часть мощности источника тока, следовательно, снижается к.п.д. плазменной установки, что не всегда приемлемо по экономическим показателям. Поэтому для питания плазматронов конкретного технологического назначения, например плазменная резка, сварка и др., преимущественное применение получили источники постоянного тока с круто падающими вольт-амперными характеристиками. Они представляют собой выпрямители, собранные на тиристорах, с регулируемым углом открывания тиристоров относительно начала синусоиды напряжения. Тиристоры одновременно выполняют функции выпрямления и регулирования силы тока, а при введении обратных связей формируют необходимые вольт-амперные характеристики источника питания.

плазмотроны

Название "плазмотрон" и сами принципы удержания и стабилизации термической плазмы родились в конце 50х - начале 60х годов. История создания ВЧ-плазмотрона как конструкции началась приблизительно с 1957 года с поисков возможностей стабилизации разряда в пространстве, увеличения термостойкости кварцевых труб, в которых разряд возникал. Нужно было определить диапазон частот ламповых генераторов, диаметры разрядных камер, способы "зажигания" и перехода на атмосферное давление.

Основой плазменных установок всегда были технические возможности высокочастотных генераторов – источников питания. В конце XIX века ламповых генераторов не было. Современная мощная радиотехника начинала путь с маломощных импульсно-ударных генераторов Герца, катушек Румкорфа и трансформаторов Тесла.

И тем не менее уже с помощью этих примитивных усройств удалось получить высокочастотные индукционные (ВЧИ) и высокочастотные емкостные (ВЧЕ) разряды.

Впервые упоминание о высокочастотном безэлектродном разряде встречается в работе Гитторфа, опубликованной в 1884 году. Он заметил, что остаточный газ в вакуумной трубке, помещённой в соленоид, начинает светиться, как только через соленоид начинает пропускаться высокочастотный ток. Сам Гитторф и позднее Томсон высказывали предположение, что этот вид разряда вызван не электрическим, а магнитным полем соленоида и имеет характер индукционного тока в газе. Дальнейшее развитие индукционная теория безэлектродного высокочастотного разряда получила в фундаментальных работах Томсона, вышедших в 1926-1927 годах. Томсон полагал, что основной причиной возникновения разряда является магнитное поле соленоида. В экспериментальной части своей работы Томсон убедительно доказал, что безэлектродный разряд имеет индукционную природу.

Следующим важным этапом явились работы Таунсенда и Дональдсона. Авторы возражали против индукционной (магнитной) гипотезы разряда. Они указывали, что напряжённость электрического поля между крайними витками соленоида в 30-40 раз больше напряжённости электрического поля, наводимого переменным магнитным полем. Они считали, что разряд вызван электрическим полем индуктора, и доказывали, что геометрия поля может обеспечить кольцевую форму разряда. Такая принципиальная разница в точках зрения Таунсенда и Томсона привлекла к исследованию этого вопроса многочисленных исследователей.

В работах многих учёных (Мак-Кинон, Книпп, Смитт, Брейзфилд и др.), опубликованных с 1929 по 1934 года, на примерах разнообразных опытов было показано, что в вакуумном баллоне, помещённом в высокочастотный индуктор, могут существовать обе формы разряда: разряд, вызванный электрическим полем витков индуктора, и разряд индукционного типа. Впоследствии эти формы разряда Г.И. Бабат назвал Н-разрядом (ВЧИ) и Е-разрядом (ВЧЕ).

Как было показано, противоречивость результатов экспериментов Таунсенда и Томсона была вызвана различными условиями их проведения. Томсон пользовался генератором высокочастотных затухающих колебаний и работал в узкой области сравнительно низких давлений газа. Таунсенд использовал в своих работах ламповый генератор незатухающих колебаний для возбуждения разряда в газах с более широким диапазоном давлений.

Мак-Кинон в своих экспериментах воспроизвёл условия работы Таунсенда и Томсона. Он применил два источника питания и доказал, что даже на генераторе незатухающих колебаний (схема Таунсенда) можно получить чётко выраженную форму ВЧИ-разряда. Было показано, что разряд в колбе (трубке) действительно возникает под действием электрического поля между витками соленоида и носит характер продольного слабого свечения вдоль всей колбы. Однако при дальнейшем увеличении амплитуды высокочастотных колебаний свечение становится ярче и, наконец, возникает яркий кольцевой разряд, появление которого можно определить по силе светового излучения и реакции генератора (падение напряжения). Продольное свечение от Е-поля при этом исчезает. Поместив колбу снаружи индуктора, в зоне действия Е-поля, Мак-Кинон смог получить только продольное свечение ВЧЕ-разряда, который ни при каких условия не переходил в ВЧИ-форму.

После выяснения природы высокочастотного безэлектродного разряда интерес к этому виду разряда как к физическому явлению пропал на длительное время. Все эксперименты в тот период проводились на сравнительно маломощных источниках и поэтому ни о каком практическом применении такого разряда не могло быть и речи.

С появлением более мощных ламповых генераторов и увеличением мощности самого разряда начинается качественно новый период в исследовании высокочастотного безэлектродного разряда.

Изучению свойств безэлектродных высокочастотных разрядов посвящена работа Штрауса. Он исследует влияние рода газа на зажигание безэлектродного разряда. в качестве исследуемых газов были взяты благородные газы, азот, водород и пары ртути и йода. Он вывел зависимость потенциала зажигания безэлектродного разряда в разрядной камере.

Впервые конструкция "ВЧ плазменной горелки" с прямоструйной газовой стабилизацией появилась в работах Рида. Конструкция и принцип действия оказались столь надёжными, что позволили использовать "ВЧ плазменную горелку" в технологическом процессе выращивания кристаллов рубина и сапфира. Однако надёжность и простота этого плазмотрона были оценены лишь со временем, а сегодня ВЧ-плазмотроны Рида широко применяются, особенно в установках небольшой мощности – для спектрального анализа.

Создание металлической разрезной водоохлаждаемой камеры явилось важным этапом в развитии высокочастотной плазмотронной техники. Продольные разрезы обеспечивают проникновение электромагнитного поля внутрь разрядной камеры, водяное охлаждение каждой секции обеспечивает эффективный теплосъём.

Основные типы разрядных камер ВЧИ-плазмотронов (см. приложение А) были созданы в период с 1957 по 1963 года. Долгое врем ВЧИ-плазмотрон оставался почти единственным источником безэлектродной чистой плазмы. Это продолжалось до тех пор, пока в начале 70х годов не был осмыслен ещё один принцип создания безэлектродной чистой плазмы, лежащий теперь в основе высокочастотного емкостного плазмотрона.

История создания ВЧЕ-плазмотрона, как и ВЧИ-плазмотрона, была неразрывно связана с разработкой и совершенствованием мощных ламповых генераторов. Высоковольтный высокочастотный разряд емкостного типа возникал с заострённых элементов конструкции ламповых генераторов. Это был аварийный и весьма нежелательный режим работы лампового генератора, с которым настойчиво боролись инженеры и конструкторы. Впервые попытка сделать данный вид разряда основой ВЧЕ-плазмотрона была предпринята в 1960 году Бамбергом и Дресвиным. Однако как конструкция и технологический аппарат ВЧЕ-плазмотроны появились значительно позже.

На сегодняшний день существует большое количество различных конструкций ВЧИ- и ВЧЕ-плазмотронов разной мощности, разные способы поджига разряда, различные способы охлаждения разрядных камер ВЧ-плазмотронов, которые позволяют активно использовать ВЧ-плазмотроны в различных технологических процессах.

 

1 вчИ-плазмотроны

 

1.1 Принцип работы ВЧИ-плазмотрона

 

Высокочастотный индукционный (ВЧИ) плазмотрон – это устройство,

позволяющее получать при атмосферном давлении плазму с температурой 700-11000 К. Мощность современных ВЧИ-плазмотронов составляет величину от единиц до тысяч киловатт. Нагревание плазмы в высокочастотном безэлектродном плазмотроне индукционного типа представляет собой хорошо известный закон электромагнитной индукции, то есть индукционного нагрева проводящей среды в переменном (высокочастотном) электромагнитном поле. Проводящей средой в данном случае является ионизированный газ – плазма. Высокочастотное переменное магнитное поле индуктора индуцирует в плазме кольцевой ток (рисунок 1.1). Безэлектродная кольцевая форма тока, отсутствие электродов определяют чистоту плазмы в таком плазмотроне. Для образование внутри плазмотрона проводящей среды при атмосферном давлении необходимо предварительно ионизировать газ от постороннего источника, то есть "зажечь" ВЧИ-плазмотрон.

После "зажигания" в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона возникает самоподдерживающийся стационарный безэлектродный индукционный разряд при атмосферном давлении. Осуществляя продув газа через разрядную камеру на выходе плазмотрона, можно получить высокотемпературную струю.

Благодаря безэлектродной, кольцевой форме индукционных токов ВЧИ-плазмотрон является одним из немногих источников, позволяющих генерировать плазму, не загрязнённую материалами электродов. ВЧИ-плазмотрон обладает практически неограниченным ресурсом работы в любой газовой среде.

С точки зрения современного понимания природы безэлектродного высокочастотного разряда физическая суть происходящих в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона явлений состоит в следующем. "Зажигание" безэлектродного разряда всегда происходит за счёт электрического поля индуктора, напряжённость которого может быть в 30 и более раз выше напряжённости индукционной ЭДС. Это создаёт первоначальную ионизацию газа, которая по мере увеличения амплитуды высокочастотных колебаний растёт, повышая проводимость разряда.

Известно, что тела с малой проводимостью "прозрачны" для магнитного поля индуктора. До тех пор пока проводимость газа мала разряд "прозрачен" для Н-поля, и переменное магнитное поле индуктора не в состоянии передавать свою энергию разряду. Однако как только проводимость под влиянием увеличения Е-поля достигает некоторой критической величины, "магнитная энергия" индуктора начинает выделяться, в разряде появляется кольцевой ток и наступает Н-форма безэлектродного разряда. При этом напряжение на индукторе резко падает и Е-разряд гаснет. Возможны две формы появления индукционного разряда: лавинообразная форма и постепенный переход Е-разряда в Н-разряд.

Основные типы разрядных камер ВЧИ-плазмотронов:

- кварцевая неохлаждаемая;

- кварцевая водоохлаждаемая;

- металлическая разрезная водоохлаждаемая.

Основные способы газовой стабилизации плазменного сгустка в разрядной камере ВЧИ-плазмотрона:

- вихревым потоком;

- аксиальным пристеночным потоком.

Основные способы "зажигания" ВЧИ-плазмотрона:

- при атмосферном давлении емкостным током;

- при атмосферном давлении с помощью вводимого в плазмотрон штыря;

- на пониженном давлении 10^-2 торр;

- при атмосферном давлении электрической дугой.

 

1.2 Конструкции ВЧИ-плазмотронов

1.2.1 Конструкции разрядных камер ВЧИ-плазмотронов с водяным охлаждением

 

Первым самым простым методом, позволяющим охладить кварцевую разрядную трубу, в которой существует ВЧИ-плазма, является наружное водяное охлаждение.

Из множества вариантов конструкций кварцевых водоохлаждаемых разрядных камер можно выделить основные: клееную, сорно-разборную и сварную.

В клееной конструкции (рис. 1.2) внутренняя разрядная камера 3 и внешний чехол, как правило тоже кварцевый, с водоповодящими штуцерами скрепляются с помощью уплотнений и различных клеевых паст.

Весьма частным случаем для водоохлаждаемых камер является растрескивание кварцевой трубы в результате термоудара плазмы. Этот крупный недостаток вооохлаждаемых камер привёл, во-первых, к тому, что камеры такого типа применяются не слишком широко (главным образом для физических исследований ВЧИ-плазмы), а во-вторых, к необходимости частых замен внутренней трубы. Быструю замену кварцевой трубы позволяет осуществить сборно-разборная конструкция (рис. 1.3). Система уплотнений и фланцев позволяет просто осуществить

стыковку внутренней и внешней труб.

 

 

Сварная конструкция (рис. 1.4) из прозрачного кварца наиболее удобна при размещении её в индукторе. Наибольшую "опасность" с точки зрения появления трещин на кварце представляют газовые пузыри, образующиеся в воде в термической зоне. Система охлаждения, состоящая из трёх коаксиальных труб, обеспечивает высокую скорость охлаждаемой воды и меньшую вероятность образования газовых пузырей. Повышенную надёжность водоохлаждаемые разрядные камеры представляют собой в сочетании с аксиальной или вихревой стабилизацией плазмы в разрядной камере.

Очень интересным в конструктивном отношении является водохлаждаемый ВЧИ-плазмотрон, представленный на рисунке 1.5. С помощью фланцев 5 и уплотнений внутренняя 3 и внешняя 4 кварцевые трубки крепятся друг с другом. Охлаждающая вода подаётся через штуцеры 2 в промежуток между ними. С целью увеличения индуктивной связи индуктора 1 и плазмы индуктор помещён в зазор между внешней и внутренней кварцевой трубками таким образом, что вода, подаваемая через штуцеры, охлаждает одновременно и индуктор, и кварцевую камеру. Индуктор сделан из многочисленных медных проводников, снижающих пагубное влияние скин-эффекта. Штуцеры одновременно служат

контактом индуктора и генератора.

 

 

Долговечность при работе с кварцевыми водоохлаждаемыми камерами обеспечивается, если обратить внимание на следующие факторы:

- устранить образование газовых пузырей в воде в термической зоне;

- уменьшить толщину кварцевой камеры до 2 мм;

- применить качественный кварц и особый режим его предварительной термической обработки;

- использовать особые светоотражающие покрытия.

 

1.2.2 Конструкции ВЧИ-плазмотронов с газовой термозащитой стенок разрядной камеры

 

Главным недостатком водоохлаждаемых ВЧИ-плазмотронов является часто непредсказуемое растрескивание кварцевой трубки, происходящее главным образом при изменении режима работы ("зажигание", изменение расхода газа, мощности и т.п.). Поэтому основная конструкция ВЧИ-плазмотрона – это плазмотроны с газовой стабилизацией плазмы.

Сегодня хорошо осмыслены и конструктивно разработаны два основных способа газовой стабилизации ВЧИ-плазмы: аксиальным и вихревым потоком (рис. 1.6).

Стабилизация вихревым потоком в инженерном отношении – это наиболее простой способ стабилизации. Вихревое движение газа по внутренней поверхности разрядной камеры приводит к резкому разделению тяжёлого холодного газа, протекающего вдоль стенок, и лёгкой горячей плазмы, сконцентрированной вблизи оси (рис. 1.7). Вторичным и неизбежным эффектом вихревой стабилизации является подсос газа через вихревую воронку внутрь плазмотрона (обратный поток). Величину этого обратного потока можно регулировать некоторым количеством прямоструйном газовой подачи, подаваемой в плазмотрон по отдельному газовому каналу.

Для целого ряда плазмотехнологических процессов вихревой способ стабилизации нежелателен, требуется аксиальная стабилизация. Поэтому современные плазмотроны комплектуются, как правило, сменными газоформирователями, позволяющими осуществлять вихревую и аксиальную газовую стабилизацию.

Плазмотрон с аксиальной газовой стабилизацией плазмы (рис. 1.8) представляет собой трубу из прозрачного кварца или другого тугоплавкого огнеупорного диэлектрического материала 10, один конец которой свободен и помещён в индуктор. Другой конец трубы закреплён в специальном держателе, служащем одновременно и газораспределительным устройством. Для термозащиты трубы по её внутренней полости создаётся газовая струя, высокая скорость которой препятствует проникновению термодиффузных потоков от плазмы к стенке, то есть создаётся как бы газовая завеса между стенкой и плазмой.. Для её формирования внутрь внешней кварцевой трубки несколько выше зоны разряда вставляется вторая кварцевая труба 6, зазор между которыми позволяет сформировать термозащитную струю и направить её вдоль внутренней поверхности внешней трубы. Внутренняя трубка делит полный газовый поток на два: термозащитный и плазмообразующий. По ей может подаваться плазмообразующий газ, а в зазор - воздух или другой

молекулярный газ.

Важное значение при работе с ВЧ-плазмотронами имеет толщина термозащитной струи. Кроме того часто необходимым условием надёжности работы ВЧИ-плазмотрна является кроме термоизоляции разряда ещё и внешний обдув кварцевой трубки 10. Трубка в зоне индуктора, несмотря на внутренний термозащитный поток, всегда нагревается от излучения плазмы, что может привести к нагреву воздуха в зоне индуктора и вызвать нежелательный пробой между витками ндуктора. Внешний обдув не только повышает надёжность работы плазмотрона, но и в значительной мере играет роль фактора, стабилизирующего пламя плазмотрона на выходе из трубки. С этой точки зрения представляет интерес конструкция плазмотрона с вихревой стабилизацией, представленная на рисунке 1.9. В этой конструкции поток термозащитного газа, кроме направления вдоль оси трубки 10, имеет ещё и тангенциальную направляющую скорости, которая создаётся при помощи завихрителя 6. Центробежная сила, возникающая при этом, прижимает струю газа к внутренней стенке кварцевой трубки 10, создавая тем самым тонкий слой термозащитного газа. Кожух 7 и два штуцера предназначены для подачи и формирования внешнего обдувающего потока, направленного в основном в зазор между трубкой 10 и индуктором 9. Система цангового зажима 8 позволяет просто и легко производить замену кварцевых труб, кран 1 и штуцер 2 служат для подачи и регулирования скорости термозащитного газа.

Кроме того важным конструктивным элементом ВЧИ-плазмотрона является экран, закрывающий окружающее пространство от светового и электромагнитного излучения плазмотрона. Схемы таких плазмотронов представлены в приложении Б.