Мощность плазменного потока
Мощность, расходуемая на нагрев изделия,
Pu=2??R0qиrdr=qср?R2 вт,
где R — радиус пятна нагрева изделия, см;
qи — удельная тепловая мощность, выделяемая в изделии на расстоянии r от центра пятна нагрева, вт/см3. Теоретическое и экспериментальное определение величины удельного теплового потока qи и закона его распределения по сечению плазменной струи связано со значительными трудностями [24]. Поэтому мощность, передаваемую струей плазмы обрабатываемому изделию, находят как разность мощности столба дуги и потерь в сопло плазмотрона и окружающую среду.
Следует отметить, что расход тепла в сопло и в окружающую среду обусловлен в основном конвективным и лучистым теплообменом. При этом значительная доля тепла столба дуги передается более холодным слоям газа, омывающего столб, и выделяется на обрабатываемом изделии.
По данным калориметрирования мощность, отдаваемая в сопло Рс, в зависимости от теплопроводности и расхода рабочего газа составляет от 10 до 25% мощности столба дуги, расположенного внутри плазмотрона, т. е.
Рс = (0,1 ? 0,25) IдЕс(lс + lкс).
Принимая потери на единицу длины открытой И внутрисопловой частей столба примерно равными, получаем потери в окружающую среду:
Рос = (0.1 ? 0,25) lдЕсаlси.
Таким образом, мощность, передаваемая обрабатываемому изделию, или так называемая эффективная тепловая мощность плазменной дуги прямого действия определяется по формуле
Ри = Ра + (0,75 ? 0,9) lд Ес (lc + lкс) + Eсаlcа.
В случае плазменной дуги косвенного действия
Ри = (0,75 ? 0,9) lд Ес (lkc + lс),
Pc = Рa + (0,1 ? 0,25) lдЕс (lc + lкс).
Из полученных соотношений легко установить основные закономерности изменения величины Ри в зависимости от параметров плазменной дуги.
Эффективный к. п. д. нагрева изделия плазмотронов прямого действия обычно составляет 70 -80%, а плазмотронов косвенного действия – 30 - 40% и вычисляется по формуле
?и = Ри/Рд
При сварке, наплавке и резке металлов лишь определенная доля эффективной тепловой мощности дуги расходуется на расплавление металла, остальная же часть мощности расходуется на нагрев окружающего металла до температуры ниже температуры плавления. Отношение мощности, идущей на расплавление Рпл, к эффективной тепловой мощности плазменной дуги Ри называют термическим к. п. д.
?t = Рпл/Ри
Термический к. п. д. тем выше, чем больше сжата плазменная дуга и чем меньшей теплопроводностью обладает обрабатываемый металл. Величина ?t достигает обычно не более 50%. Поэтому общий к. п. д. полезного использования тепловой мощности дуги
?п = ?и • ?t
для плазменной дуги прямого действия составляет не более 40%, а для плазменной дуги косвенного действия — не более 20%.
Вернуться на Плазменная резка