Plasmabrenner - Plasma torch
Ein Plasmabrenner (auch bekannt als Plasmabogen , Plasmakanone , Plasmaschneider oder Plasmatron ) ist ein Gerät zur Erzeugung eines gerichteten Plasmastroms .
Der Plasmastrahl kann für Anwendungen wie Plasmaschneiden , Plasmalichtbogenschweißen , Plasmaspritzen und Plasmavergasung zur Abfallentsorgung verwendet werden.
Arten von thermischen Plasmabrennern
Thermische Plasmen werden in Plasmabrennern durch Gleichstrom (DC), Wechselstrom (AC), Hochfrequenz (RF) und andere Entladungen erzeugt. Gleichstrombrenner werden am häufigsten verwendet und erforscht, denn im Vergleich zu Wechselstrom: "es gibt weniger Flackern und Rauschen, einen stabileren Betrieb, bessere Kontrolle, mindestens zwei Elektroden, geringerer Elektrodenverbrauch, etwas geringerer Verschleiß des feuerfesten [Wärme]" und geringerer Stromverbrauch".
Thermische Plasma-DC-Brenner, nicht übertragener Lichtbogen, basierend auf Heißkathode
Bei einem Gleichstrombrenner wird der Lichtbogen zwischen den Elektroden (die aus Kupfer, Wolfram , Graphit , Silber usw. bestehen können) und das thermische Plasma aus dem kontinuierlichen Eintrag von Träger-/Arbeitsgas gebildet, das nach außen als Plasmastrahl/Flamme (wie im nebenstehenden Bild zu sehen). Bei Gleichstrombrennern kann das Trägergas beispielsweise entweder Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Helium, Luft oder Wasserstoff sein; und obwohl es als solches bezeichnet wird, muss es kein Gas sein (also besser als Trägerfluid bezeichnet).
Beispielsweise arbeitet ein Forschungsplasmabrenner am Institut für Plasmaphysik (IPP) in Prag, Tschechien, mit einem H 2 O- Wirbel (sowie einer geringen Zugabe von Argon zum Zünden des Lichtbogens) und erzeugt eine hohe Temperatur/ Geschwindigkeit Plasmaflamme. Tatsächlich verwendeten frühe Studien zur Lichtbogenstabilisierung einen Wasserwirbel. Insgesamt müssen die Elektrodenmaterialien und Trägerflüssigkeiten speziell aufeinander abgestimmt sein, um eine übermäßige Elektrodenkorrosion oder -oxidation (und eine Kontamination der zu behandelnden Materialien) zu vermeiden und gleichzeitig eine ausreichende Leistung und Funktion zu erhalten.
Darüber hinaus kann die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases erhöht werden, um einen größeren, stärker hervortretenden Plasmastrahl zu fördern, vorausgesetzt, dass der Lichtbogenstrom ausreichend erhöht wird; und umgekehrt.
Die Plasmaflamme eines echten Plasmabrenners ist höchstens einige Zentimeter lang; es ist von fiktiven Langstrecken-Plasmawaffen zu unterscheiden .
Übertragen vs. nicht übertragen
Es gibt zwei Arten von Gleichstrombrennern: nicht übertragene und übertragene. Bei nicht übertragenen DC-Brennern befinden sich die Elektroden innerhalb des Gehäuses des Brenners selbst (der dort den Lichtbogen erzeugt). Während sich bei einem übertragenen Brenner eine Elektrode außerhalb befindet (und normalerweise das zu behandelnde leitfähige Material ist), kann sich der Lichtbogen über eine größere Entfernung außerhalb des Brenners bilden.
Ein Vorteil von Brennern mit übertragenem Gleichstrom besteht darin, dass der Plasmalichtbogen außerhalb des wassergekühlten Körpers gebildet wird, wodurch Wärmeverluste vermieden werden – wie dies bei Brennern ohne Übertragung der Fall ist, bei denen ihr elektrisch-thermischer Wirkungsgrad bis zu 50 % betragen kann. aber das Warmwasser kann selbst genutzt werden. Darüber hinaus können transferierte Gleichstrombrenner in einem Doppelbrenner-Setup verwendet werden, bei dem ein Brenner kathodisch und der andere anodisch ist , was den früheren Vorteil eines regulären Transfer-Einzelbrennersystems bietet, aber ihre Verwendung mit nicht leitenden Materialien ermöglicht, da es ist nicht erforderlich, die andere Elektrode zu bilden. Diese Arten von Einstellungen sind jedoch selten, da die meisten gängigen nichtleitenden Materialien nicht die präzise Schneidfähigkeit eines Plasmabrenners erfordern. Darüber hinaus ist die durch diese spezielle Plasmaquellenkonfiguration erzeugte Entladung durch eine komplexe Form und Fluiddynamik gekennzeichnet, die eine 3D-Beschreibung erfordert, um vorhergesagt zu werden, was die Leistung instabil macht. Die Elektroden von nicht übertragenen Brennern sind größer, da sie durch den Plasmalichtbogen stärker verschleißen.
Die Qualität des erzeugten Plasmas ist eine Funktion von Dichte (Druck), Temperatur und Brennerleistung (je größer desto besser). In Bezug auf die Effizienz des Brenners selbst – diese kann je nach Hersteller und Brennertechnologie variieren; obwohl beispielsweise Leal-Quirós berichtet, dass für Brenner von Westinghouse Plasma Corp. „ein thermischer Wirkungsgrad von 90 % ohne weiteres möglich ist; Der Wirkungsgrad stellt den Prozentsatz der Lichtbogenleistung dar, die den Brenner verlässt und in den Prozess eintritt.“
Nahaufnahme eines Hypertherm HyPerformance Plasmabrenner zum Schneiden von Metall
Branchenfeld ICP-MS- Brenner
Branchenfeld ICP-MS- Brenner
