Одним из главных направлений улучшения схемы плазмотрона с магнитной стабилизацией дуги является борьба с эрозией внутреннего электрода. Переход на схему со сквозным электродом хотя и решает эту проблему, но не всегда удобен, так как усложняется конструкция и несколько снижается температура нагреваемого газа из-за появ­ления дополнительных охлаждаемых поверхностей.

Рассмотрим другие меры по уменьшению эрозии внутреннего элек­трода. При выборе полярности следует внутренний электрод делать анодом. Эксперименты показывают, что дуга легче выносится на то­рец, когда внутренний электрод является катодом. Пробой от дуги к стенке электрода происходит при меньшем напряжении, если дуга имеет отрицательный потенциал по отношению к электроду. Это под­тверждают и опыты по изучению явления шунтирования в плазмотронах осевой схемы [10]. Большее пробивное напряжение в случае, когда внутренний электрод является катодом, создает условия для сильного вытягивания дуги, что облегчает ее вынос на торец. При обратной полярности пробой к внутреннему электроду облегчен, а к наруж­ному - затруднен, что приводит к смещению области горения дуги в сторону катушки.

Одной из основных мер по уменьшению эрозии внутреннего элек­трода следует считать увеличение магнитного поля, что приво­дит к большему нагреву газа в области горения дуги и облегче­нию шунтирования. Частота шунтирования, как видно из сравне­ния приведенных на рис. 1.10 осциллограмм напряжения, увели­чивается, а амплитуда колебаний напряжения значительно умень­шается.

Важным является место расположения магнитной катушки и ее фор­ма. Если суммарная сила тока через все витки катушки постоянна, то радиальная составляющая магнитного поля, удерживающая дугу вблизи катушки, будет тем больше, чем меньше размеры катушки. Поэтому катушку приходится делать весьма компактной.

Чтобы предотвратить вынос дуги на торец электрода при больших расходах, катушку надо располагать достаточно далеко от торца электрода. При малых расходах, т. е. в тех случаях, когда требуется получить высокую температуру нагреваемого газа, необходимо смес­тить катушку ближе к торцу внутреннего электрода.

Экспериментально установлено, что при вихревой подаче холодного воздуха в плазмотрон дуга менее подвержена выносу на торец элек­трода. Лучший эффект дает закрутка воздуха в сторону вращения дуги под действием магнитного поля. Такое поведение дуги связано с тем, что за счет закрутки возникает градиент давления в холодном воз­духе в направлении от внутреннего электрода к внешнему. Этот гра­диент уменьшает циркуляцию горячего газа, отчего уменьшаются скорости холодного воздуха у поверхности внутреннего электрода. Оценки показывают, что момент количества движения подаваемой тан­генциально струи холодного воздуха (М^ = Gv^R) может быть не

только равен, но и значительно превосходить соответствующий мо­мент, обусловленный электромагнитной силой (М^ = IBJR), поэтому

влияние предварительной закрутки холодного воздуха существенно влияет на характеристики дуги и место ее горения.

дуге от Н^:

1 - Н - 340 А/см; 2 - Н = 2500 А/см X X

рнс. 1.11. Схема расположения со­леноида во внутреннем электроде:

1 - г шина; 2 — внутренний канал;

3 — наружный канал; 4 — соленоид;

5 — проводник

Одним из эффективных средств борьбы с эрозией торцевой части внутреннего электрода является создание дополнительного магнитного поля путем расположения магнитной катушки во внутреннем электроде вблизи его торца (рис. 1.11). Обычно эта катушка включена после­довательно с дугой.

Уменьшение эрозии достигается также применением двухдугового плазмотрона (см. рис. 1.3), так как сила тока в дуге снижается вдвое.