В этом разделе рассматривается плазмотрон, в котором в качестве рабочего тела используется жидкий азот. Его схема аналогична ши­роко известным схемам водяных плазмотронов, описанных Ф. Бурхор - ном, Г. Меккером и др. Однако создание такого "криогенного” плаз­мотрона по сравнению с аналогичным водяньач плазмотроном связано с некоторыми принципиальными трудностями. Эти трудности вызваны тем, что жидкий азот, подаваемый в вихревую камеру, не может быть так же сильно переохлажден, как вода.

Температура жидкого азота, подаваемого в вихревую камеру, ниже температуры кипения всего на несколько градусов, тогда как для воды это отличие составляет * 80 К.

Кроме того, азот имеет на порядок меньшее значение теплоты ис­парения по сравнению с водой. В связи с этим возникает вопрос о принципиальной возможности создания устойчивого вихревого канала жидкого азота, если на его оси горит электрическая дуга.

Схема азотного плазмотрона приведена на рис. 1.16. Жидкий азот (или жидкий воздух) подается через два отверстия диаметром 3 мм по касательной к поверхности вихревой камеры. Вдоль оси камеры об­разуется цилиндрический канал, диаметр которого практически равен диаметру стабилизирующей шайбы, через которую производится слив жидкого азота.

Электрическая дуга располагается в канале и замыкается внизу на угольный катод, а вверху, выйдя из канала, замыкается на кольцевой угольный анод. Из-за эрозии внутреннего электрода выходящая из плазмотрона струя содержит продукты его разрушения.

Этот недостаток может быть устранен при использовании схе­мы плазмотрона с двусторонним истечением газа. Плазмотрон это­го типа был исследован В. Б. Федо­товым.

Рнс. 1.16. Схема высокотемпературного

плазмотрона с электрической дугой,
стабилизированной в канале жидкого
азота:

1 — анод-сопло; 2 — стабилизирующая

шайба; 3 — тангенциальный ввод жидко-
го азота; 4 — катод

Из-за малой теплоты парообразования азота и, как следствие, большого расхода его через дугу в данном плазмотроне происходило расширение канала дуги в районе катода и подгорание изолятора. Ограничить раздувание канала удается путем подбора режима работы форсунки.

Угольное сопло, из которого выходит горячая струя, служит од­новременно и электродом. Характер замыкания дуги на электрод-сопло зависит от соотношения диаметров шайбы и сопла d^. Если диаметр

сопла больше диаметра канала, то дуга вытягивается струей через сопло и горит на цилиндрическом участке и внешней поверхности сопла.