Алматы 2014 almaty


Тауарлы  магний  өндірісінің  құю  конвейеріндегі  қаптамаға  құйылған  магний  балқымасының


бет4/31
Дата31.03.2017
өлшемі
#11012
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31

Тауарлы  магний  өндірісінің  құю  конвейеріндегі  қаптамаға  құйылған  магний  балқымасының 
бетінің тотық қабыршығын жинау манипуляторы 
Түйіндеме.  Мақалада  тауарлы  магний  өндірісін  роботтандыру  мәселері  қарастырылған.  Құю 
конвейеріндегі 
қаптамаға 
құйылған 
магний 
балқымасының 
бетінің 
тотық 
қабыршығын 
жинау 
манипуляторының  технологиялық  операцияның  талдауы  өткізілген.  Құю  конвейеріндегі  қаптамаға  құйылған 
магний балқымасының бетінің тотық қабыршығын жинау манипуляторы ұсынылған. Манипулятордың басқару 
циклограммасы жасалынған. 
Түйін  сөздер:  тауарлы  магний  өндірісі,  құю  конвейері,  қаптамаға  құйылған  магний  балқымасының 
бетінің  тотық  қабыршығын  жинау  манипуляторының  технологиялық  операциясы,  роботизация,  қаптамаға 
құйылған магний балқымасының бетінің тотық қабыршығын жинау манипулятор. 
 
Baybatshaev M.Sh., Beysembaev A.A.,  Abuova N.K. 
The manipulator for sjem of the oxidic film from the surface of magnesian fusion of the foundry conveyor 
of production of commodity magnesium filled in in moulds 
Summary.  In  article  questions  of  robotization  of  production  of  commodity  magnesium  are  considered.  The 
analysis  of technological operation съема an oxidic film from a surface of magnesian fusion of the foundry conveyor 
filled in in molds is made. The manipulator for съема an oxidic film from a surface of magnesian fusion of the foundry 
conveyor filled in in molds is offered. The cyclogram of management is developed by this manipulator. 
Key  words:  Production  of  commodity  magnesium,  the  foundry  conveyor,  technological  operation  съема  an 
oxidic film from a surface of magnesian fusion filled in in molds, robotization, the manipulator for съема an oxidic film 
from a surface of magnesian fusion filled in in molds. 
 
 
УДК 681.51.001.24. 
 
Бүрлібай А.Ә. докторант
2
, Ербосынова М.С. магистрант
2
,  
Ә
сембай А.Ә. магистрант,
2
 Войцек В
1
.
 
 Люблинский технический университет, г. Люблин, Республика Польша
1
,  
Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева,  
г. Алматы, Республика Казахстан
2
 
 
МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ ПЕРЕБРОСА СТРУИ МЕТАЛЛА МЕЖДУ СТЫКАМИ ИЗЛОЖНИЦ 
ЛИТЕЙНОГО КОНВЕЙЕРА ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРНОГО МАГНИЯ 
 
Аннотация.  В  статье  рассмотрены  вопросы  роботизации  производства  товарного  магния.  Выполнен 
анализ технологической  операции переброса струи металла. Предложен манипулятор для переброса струи ме-
талла. Разработана циклограмма управления манипулятором. 
Ключевые  слова:производство  товарного  магния,  литейный  конвейер,  технологическая  операция 
переброса  струи  металла  между  стыками  изложниц,  роботизация,  манипулятор  для  переброса  струи  металла 
между стыками изложниц. 
 
При  производстве  товарного  магния,  жидкий  металл  разливается  в  непрерывно  движущиеся 
изложницы литейного конвейера. Металл может заливаться в изложницы двумя способами. При пер-
вом способе магниевый расплав заливается из тигля. При втором способе, магниевый расплав из печи 
непрерывного рафинирования транспортируется электромагнитным насосом и заливается в изложни-
цу [1,2,3]. 
Первый  способ  тигельной  разливки  магния  наиболее  распространенный  способ.  Тигель  пред-
ставляет  собой  чугунный  стакан  1,  с  носиком  для  заливки  металла  2,  заслонкой  для  сбора  осадка  3 
(рисунок 1 а, б). 
Магниевый расплав заливается в тигель и устанавливается в нагревательные печи [3]. Темпера-
тура  в  печи  поддерживается  на  уровне  700
0
  Цельсия.  Очистка  магниевого  расплава  осуществляется 
методом отстаивания. На поверхность магниевого  расплава засыпается специальный флюс, который 
защищает  поверхность  металла  от  окисления.  К  флюсу  также  налипают  частицы,  всплывающие  на 
поверхность,  представляющие  собой    более  легкие  вредные  включения.  Вследствие  отстаивания 
жидкого магния, на дне тигля собираются более тяжелые вредные включения. 
 
 
 
 

24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
В начальном положении уровень залитого в тигель металла равен H, а уровень осадка равен h
По мере заливки металла в изложницы, уровень жидкого магния уменьшается. Заливка металла осу-
ществляется  наклоном  тигля,  вследствие  чего  образуется  равномерная  струя  жидкого  магния  (рису-
нок  1б).  Магниевый  расплав  заливается  в  изложницу  4.  Тяжелые  вредные  примеси  задерживаются 
заслонкой 3 от попадания в изложницу.  
Изложницы непрерывно движутся вдоль конвейерной ленты с постоянной скоростью 
к
 (Рису-
нок 2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
При прохождении изложниц, под непрерывной струей жидкого металла необходимо устранить 
попадание магниевого расплава на стык между соседними изложницами. Для устранения этого явле-
ния  оператор  выполняет  технологическую  операцию  переброса  струи  жидкого  металла  между  сты-
ками изложниц. Эта операция заключается в установке двухскатной лопатки на стык между соседни-
ми изложницами (Рисунок 3а). На рисунке 3б показан вид двухскатной лопатки. 
Для выполнения технологической  операции переброса струи магниевого расплава между сты-
ками изложниц предложены различные варианты устройств. В основе построения этих устройств по-
ложен принцип переброса струи металла с помощью желоба, или же установкой двухскатной лопатки 
на стык между соседними изложницами [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
H
 
h
 



а 
б 
Рисунок 1. Схема тигельной разливки товарного магния. 
к
 
Рисунок 2. Схема движения изложниц вдоль литейного конвейера 
а 
б 
Рисунок 3. Схема переброса струи между стыками изложниц 

25 
 
Наиболее  лучшим  выглядит  вариант  использования  для  заливки  магниевого  расплава  направ-
ляющего желоба и переброса струи при помощи выдвижной двухскатной лопатки [4,5]. Схема такого 
устройства показана на рисунке 4. Устройство состоит из поворотного желоба 1, выдвижной лопатки 
2. Поворотный желоб 1 вращается вокруг оси, обеспечивая подачу магниевого расплава в движущие-
ся  изложницы  3  литейного  конвейера.  В  поворотный  желоб  магниевый  расплав  заливается  из  на-
клонного тигля 4. Выдвижная лопатка 2  в который наливается магниевый расплав из тигля 2, также 
выдвижной лопатки 3.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Устройство переброса струи магниевого расплава между стыками изложниц работа. 
Поворотный  желоб  обеспечивает  заливку  магниевого  расплава  в  сопровождение  следующим 
образом. В исходном положении поворотный желоб повернут против часовой стрелки на угол, кото-
рый  обеспечивает  заливку  магниевого  расплава  в  заданную  изложницу  (рисунок  5а).  Скорость  вра-
щения поворотного желоба пропорциональна скорости линейного движения конвейерной ленты. По 
мере движения изложниц литейного конвейера поворотный желоб сопровождает данную изложницу 
до крайнего левого положения, поворачиваясь против часовой стрелки до следующего заданного угла 
(рисунок 4б). 
Далее  поворотный  желоб  поворачивается  по  часовой  стрелке  от  крайнего  левого  положение  в 
крайнее  правое  положение  с  двукратной  скоростью  вращения.  Это  показано  на  рисунке  5.  В  начале 
поворота  поворотного  желоба,  выдвигается  двухскатная  лопатка,  которая  перекрывает  стык  между 
двумя соседними изложницами (рисунок 5б). Этим самым обеспечивается переброс струи магниевого 
расплава из одной изложницы в другую. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таким образом, работает устройство переброса струи магниевого расплава между стыками из-
ложниц  литейного  конвейера.  Данное  устройство  несмотря  на  свою  привлекательность  имеют  ряд 
существенных  недостатков.  В  первую  очередь  –  это  увеличение  длины  струи  магниевого  расплава, 
что приводит к  увеличению процесса образования оксидной пленки. Следующим недостатком явля-
ется  налипание  магниевого  расплава  на  поверхности  поворотного  желоба,  настывание  на  поверхно-
сти двускатной лопатки. 
Для устранения этих недостатков предлагается для выполнения данной операции использовать 
возможности  робототехники  [6].  Для  выполнения  операции  переброса  струи  магниевого  расплава 
между  стыками  изложниц  предлагается  применить  манипулятор,  имеющий  3  степени  подвижности 
(рисунок 6).  
Рисунок 4. Схема устройства переброса струи между стыками изложниц 




а
б
Рисунок 5. Процесс переброса струи между
 
стыками.
 
изложниц 

26 
 
Все 3 степени подвижности манипулятора представляют собой линейное перемещение. Мани-
пулятор  устанавливается  около  литейного  конвейера.  Первая  степень  подвижности  1,  представляет 
собой  линейное  перемещение  вдоль  литейного  конвейера  и  предназначена  для  перемещения  двух-
скатной лопатки между стыками изложниц. Вторая степень подвижности 2, подъем и опускание руки 
манипулятора и предназначена для установки двухскатной лопатки на стык между соседними излож-
ницами. Третья  степень  подвижности  3,  выдвижение  и  втягивание  руки  манипулятора  и  предназна-
чена для обхода непрерывной струи магниевого расплава при переходе от одного стыка к следующе-
му стыку между изложницами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рабочее пространство манипулятора имеет следующий вид (рисунок 7). Как видно из рисунка, 
рабочее  пространство  представляет  собой  прямоугольный  параллелепипед.  Для  описания  рабочего 
пространства данного манипулятора введем в рассмотрение следующие логические переменные. 
  –  пространство,  расположенное  ниже  плоскости 
=
  описывающееся  логическим  выра-
жением вида: 
=
1,
если
z − z ≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  пространство,  расположенное  выше  плоскости 
=
  описывающееся  логическим  выра-
жением вида: 
=
1,
если
 − z ≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  пространство,  расположенное  левее  плоскости 
=
  описывающееся  логическим  выра-
жением вида: 
=
1,
если
x − x ≥  0,
0, в противном случае.
 
 – пространство, расположенное правее плоскости 
=
 описывающееся логическим выра-
жением вида: 
=
1,
если
 − x ≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  пространство,  расположенное  ниже  плоскости 
=
  описывающееся  логическим  выра-
жением вида: 
=
1,
если
y − y ≥  0,
0, в противном случае.
 
 
  –  пространство,  расположенное  выше  плоскости 
= −   описывающееся  логическим  вы-
ражением вида: 
=
1,
если
 + y ≥  0,
0, в противном случае.
 
Булева  функция,  описывающая  рабочее  пространство  манипуляционного  робота  будет  иметь 
следующий вид: 





= 1 
 
 
 
 



Рисунок 6. Кинематическая структура манипулятора 

27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Так  как  технологическая  операция  переброса  струи  металла  между  стыками  изложниц  носит 
циклический характер, в качестве приводов степеней подвижности манипулятора применяется пнев-
матический привод. Данный привод характеризуется простотой, высокой надежностью, высоким бы-
стродействием. Для управления таким манипулятором применяется цикловая система программного 
управления. 
На основании вышеизложенного конструкция манипулятора имеет следующий вид (Рисунок 8). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Манипулятор состоит из основания 1, установленной на нем подвижной платформы 2, переме-
щающейся  вдоль  горизонтально  направляющей  10,  при  помощи  пневмоцилиндра  7.  Верхняя  плат-
форма 6, установлена на платформу 2 и перемещается вдоль направляющей 3, вертикально вверх за 
счет движения пневмоцилиндра 5. На платформе 6, установлена направляющая 9, вдоль которой пе-
ремещается  при  помощи  пневмоцилиндра  8,  выдвигающаяся  рука  11.  На  выдвигающейся  руке  11, 
закреплен схват 4. 
Переброс струи между стыками изложниц осуществляется следующим образом (рисунок 9). В 
начальном положении манипулятор 1 находится в положении 2. По мере движения конвейерной лен-
ты,  срабатывает  датчик  положения  8.  В  качестве  датчика  положения  может  служить  конечный  вы-
ключатель,  индуктивный  датчик  положения.  По  технологической  команде  поступающей  с  датчика 
положения  8,  манипулятор  выдвигает  руку  в  положение  3,  сжимает  схват.  Захватив  схватом  двух-
скатную лопатку 7, поднимает руку. Следующим движением, манипулятор, втягивает руку, обратно в 
положение  2  и  перемещается  вдоль  изложниц  5,  в  положение  10.  Из  этого  положения  манипулятор 
выдвигает руку в положение 4. 
 
 
 
 






а 



10 
б 
Рисунок 8. Вид сбоку и сверху манипулятора для переброса струи между стыками изложниц 
11 






 
 
 
−  
 
 
 
 
Рисунок 7.  Проекции рабочего пространства манипулятора 

28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
По мере движения изложниц 5, срабатывает датчик положения 9. По технологической команде 
с датчика 9, манипулятор опускает руку, этим самым ставит двухскатную лопатку на стык между из-
ложницами и  разжимает  схват.  Далее  манипулятор  втягивает  руку  в  положение  10,  и  перемещается 
вдоль  изложниц  в  исходное  положение  2.  Установленная  на  стык  между  изложницами  двухскатная 
лопатка перекрывает  стык между изложницами и обеспечивает переброс струи жидкого магния 6, в 
следующую изложницу. 
Учитывая, что одна изложница проходит полный цикл в течение 5 секунд, разработана циклограм-
ма управления манипулятором для переброса струи металла между стыками изложниц (рисунок 10). 
 
 
 
Рисунок 10.  Циклограмма управления манипулятором 
 
По  оси  ординат  представлены  переходы  (П),  которые  соответствуют  движениям  по  степеням 
подвижности  и  зажиму  или  разжиму  схвата  манипулятора.  Соответственно:  П   –  движение  влево  1 
степени  подвижности  манипулятора,  П   –  движение  вправо  1  степени  подвижности  манипулятора, 
П  – опускание 2 степени подвижности манипулятора, П  – подъем 2 степени подвижности манипу-
лятора, П  – выдвижение 3 степени подвижности манипулятора, П  – втягивание 3 степени подвиж-
10 
Рисунок 9. Схема роботизированной ячейки переброса струи между стыками из-
ложниц литейного конвейера 










29 
 
ности  манипулятора,  П   –  зажим  схвата  манипулятора,  П   –  разжим  схвата  манипулятора.  По  оси 
абсцисс отложено время, в секундах и моменты времени поступления технологических команд ТК  – 
технологическая команда положения изложницы в точке 4, ТК  – технологическая команда положе-
ния изложницы в точке 3 (рисунок 10). 
Циклограмма разработана для случая применения двух двухскатных лопаток. То есть, в исход-
ном положении две лопатки установлены на стыки соседних изложниц. По мере движения конвейера 
манипулятор перемещает одну из лопаток для перекрытия стыка. В это время вторая лопатка оказы-
вается в положении после струи металла. 
На основе анализа технологической операции переброса струи между стыками изложниц мож-
но сделать следующие выводы. 
1) Технологическая операция носит циклический повторяющийся характер. 
2) Технологическую операцию можно рассмотреть как объект роботизации. 
3) Для выполнения данной операции предложен вариант манипулятора с 3 степенями подвиж-
ности, с пневматическим приводом и цикловой системой программного управления. 
4) Управление манипулятором осуществляется по технологическим командам, связанным с по-
ложением изложниц литейного конвейера. 
5) Разработана циклограмма управления манипулятором для выполнения технологической опе-
рации переброса струи металла между стыками изложниц литейного конвейера. 
 
 ЛИТЕРАТУРА 
1. Иванов А.И., Ляндрес М.Б., Прокофьев О.В. Производство магния. М.: Металлургия, 1979 г. – 301 с. 
2. Эйдензон М.А. Металлургия магния и других легких металлов. М.: Металлургия, 1974. – 234 с. 
3. Вяткин И.Л., Кечин В.А., Мушков С.В. Рафинирование и литье первичного магния. М.: Металлургия, 
1974. – 191 с. 
4. Байбатшаев М.Ш., Бейсембаев А.А., Коломийцев А.В., Конысбеков М.К., Рыжов В.Г. Устройство для пере-
броса струи металла в изложницы на литейном конвейере. /А.с. №1404172, B22D35/00, от 22.02.1988 г. – 2 с. 
5.Байбатшаев М.Ш., Исембергенов  Н.Т., Курмашев Н.М., Бейсембаев А.А. Манипулятор для переброса 
струи металла в изложницы на литейном конвейере.//Механизация и автоматизация производства, №6, М.: Ма-
шиностроение, 1988. – с. 7-8. 
6.Бүрлібай А.Ә., Бейсембаев А.А. Декомпозиция процесса производства товарного магния на элементар-
ные подпроцессы. Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан. № 6 Алматы, 2010. с. 71-74 
 
Бүрлібай А.Ә., Ербосынова М.С., Әсембай А.Ә., Войцек В. 
Тауарлы магний өндірісінің құю конвейеріндегі құймақалыптың түйістерінің арасындағы металл 
ағының ауыстыруға арналған манипулятор 
Түйіндеме. Мақалада тауарлы магний өндірісінің технологиялық операцияларын роботтандыру мәселері 
қарастырылған.  Металл  ағының  ауыстыру  технологиялық  операцияның  талдауы  өткізілген.  Металл  ағының 
ауыстыруға арналған манипулятор ұсынылған. Манипулятордың басқару циклограммасы жасалынған. 
Түйін сөздер: тауарлы магний өндірісі, құю конвейері, құйма қалыптың түйістерінің арасындағы металл 
ағының  ауыстыру  технологиялық  операциясы,  роботизация,  құймақалыптың  түйістерінің  арасындағы  металл 
ағының ауыстыруға арналған манипулятор. 
 
Burlibay A.A., Voitsek V., Yerbossynova M.S., Asembay A.A. 
The manipulator for transfer of the stream of metal between joints of moulds of the foundry conveyor of 
production of commodity magnesium 
Summary. In this papers questions of robotization production and commodity magnesium are considered. The 
analysis  of technological operation of transfer of a stream of metal made. The manipulator for transfer of a stream of 
metal offered. The cyclogram of control is developed by the manipulator. 
Key words: Production of commodity magnesium, the foundry conveyor, technological operation of transfer of 
a stream of metal between joints of molds, robotization, the manipulator for transfer of a stream of metal between joints 
of molds. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

30 
 
УДК 004.032.26:519.237.8 
 
Досымбетов Р.Г. магистрант, Макешева К.К.  
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева,  
г. Алматы,  Республика Казахстан 
 
ВЛИЯНИЕ КУЛОНОВСКИХ СТОЛКНОВЕНИЙ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ  
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОЭМИССИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (ТЭП) 
 
Аннотация. В  настоящей статье исследуется влияние  кулоновских столкновений  на характеристики  и 
свойства плазмы ТЭП тепловой энергии в электрическую. Проводится теоретический анализ различных режи-
мов работы ТЭП на основе уравнения движения для электронов и ионов плазмы. Получены обобщенные вольт-
амперные характеристики низковольтной дуги с учетом кулоновских столкновений. 
Ключевые  слова:  термоэмиссионные  преобразования,  низковольтная  дуга,  диффузионный  и  дуговой 
режимы работы термоэмиссионного преобразователя, работа выхода излучающих материалов. 
 
В настоящей работе исследуется влияние кулоновских столкновений на характеристики и свой-
ства плазмы в дуговом режиме. 
В отличие от обычных энергетических установок в термоэмиссионных преобразователях (ТЭП) 
полностью отсутствуют механические движения (турбины, генераторы). Важное преимущество - это 
возможность работы при высоких температурах коллектора (анода), что важно для космоса, где сброс 
тепла затруднен, так как сброс происходит в основном излучением ~T
4
 (T - температура анода). Бы-
строе развитие работ по ТЭП было связано с космическими задачами. Непереработанное тепло сбра-
сывается в космосе тепловым изучением [1].  
Физические  основы  действия  ТЭП  можно  объяснить  следующим  образом:  электронный  газ 
эмитирует из нагретого электрода (катода) и попадает в «холодный» электрод (анод). Теплота Пель-
тье, поглощаемая электронами при эмиссии, в условиях высокой температуры (~2000
0
K) больше вы-
деляемой  при  конденсации  на  холодном  электроде.  В  результате  электронный  газ  в  аноде  обладает 
избыточной энергией, которую можно использовать при движении его от анода к катоду по внешней 
цепи.  Поскольку  эмиссия  аналогична  испарению,  а  теплота  Пельтье  -  теплоте  парообразования,  то 
термоэмиссионный преобразователь  есть  обычная тепловая машина с электронным газом в качестве 
рабочего тела. 
Основная часть энергии, которую забирает электрон при выходе из электрода или затрачивает 
на нагревание при входе в него равна работе выхода эмиттера (катода). Поэтому разность потенциа-
лов  на  концах  внешней  цепи  преобразователя  оказывается  порядка  разности  работ  выхода  катода  и 
анода, т.е. около 1В. 
Появление электрического тока вследствие нагревания электрода в вакууме впервые наблюда-
лось в 1915 году Шлихтером. В 1949 году А.Ф. Иоффе предложил проект вакуумного ТЭП, в основе 
которого лежит идея использования разности работ выхода катода и анода для получения электриче-
ской энергии [2]. 
Таким  образом,  вместо  пара  рабочим  телом  здесь  служит  электронный  газ.  Электронный  газ, 
попадая  на  анод,  выделяет  меньше  тепла,  чем  получил  при  выходе  из  катода.  Избыточная  энергия 
расходуется во внешней цепи, создавая в ней электрический ток. 
Основное внимание теоретических и экспериментальных исследований направлено на изучение 
вольт-амперных  характеристик  (ВАХ).  Вольт-амперные  характеристики  -  единственный  источник 
информации  о  процессах,  происходящих  в  ТЭП.  Основные  режимы  работы  ТЭП:  диффузионный, 
переходной и дуговой. 
Диффузионный режим. Вследствие высокой плотности атомов цезия (Cs) движение электронов 
носит  диффузионный  характер.  Рассеяние  электронов  происходит  на  атомах  (нейтралах).  Образова-
ние ионов идет за счет поверхностной ионизации на горячем катоде.  
Диффузионный ток был определен в работе [3]:
 
 
                                                            
=
2
 ,                                                                     (1) 
где   D - коэффициент диффузии,  
n
0
 - равновесная концентрация электронов,  
        L -  толщина зазора. 
 

31 
 
В ТЭП имеется плоский плазменный слой  толщиной 1 мм. Плотность заряженных частиц 10
12
 - 
10
13
см
-3
, давление нейтрального газа 
~1мм.рт.ст., степень ионизации ~0,1÷1%, температура электро-
нов (1÷2)·10
3
K.  
При  зажигании  дугового  разряда  возникают  неустойчивости,  приводящие  к  развитию  турбу-
лентности,  которая  исчезает  в  развитой  дуге.  Возникают  спонтанные  колебания  тока  определенной 
частоты.  
В  работе  [4]  были  получены  ВАХ  низковольтного  дугового  разряда  без  учета  кулоновских 
столкновений,  выяснены  причины  появления  отрицательного  участка.  При  определенных  условиях 
T
k
>2000
0
K плотность плазмы может расти до 10
14
см
-3
, что приводит к линейному росту тока при уве-
личении напряжения и отсутствии тока насыщения (I<<1). 
В работе [5] была получена обобщенная ВАХ: 
 
                                               



,                                                      (2) 
где   
 = 2 1 −

= 4
,  
T
k
 - температура катода,  
E
i
 - энергия ионизации цезия,  
U - полное падение потенциала в единицах  ,  
=
,  
 - ток Ричардсона. 
 
Уравнение  (2)  есть  вольт-амперная  характеристика  низковольтной  дуги  с  учетом  кулоновских 
столкновений. Отрицательная ветвь сохранилась, а вся характеристика сдвинулась вправо в сторону 
увеличения падения напряжения плазмы [6].  
Итак, при I<<1 получим: 
                                                       


,                                                               (3) 
Уравнение энергетического баланса определяет плотность плазмы у катода: 
 
                                                               
=
                                                                             (4) 
ВАХ в этом случае не имеет отрицательной ветви, нижняя граница кулоновского режима опре-
деляется уравнением: 
                                                              
                                                                  
= 0                                                                              (5) 
Уравнение (3) дает связь между током и напряжением в дуговом разряде, и таким образом, оно 
представляет  искомую  вольт-амперную  характеристику  дуги.  Обычно  ε<<1.  Действительно,  хотя  
 
≫1 и оказывается около 10÷20, а  
= 2÷4, но  
~
 ≈
 (для Cs) и, таким образом ε
≈0,1. 
Это позволяет в первом приближении приравнять нулю каждый сомножитель, тогда получим:     
                                                              
=  ,                                                                           (6) 
 
 =
,                                                                           (7) 
 
где 
  - безразмерная проводимость плазмы. 
 
Первое  выражение  (6)  аппроксимирует  ветвь  ВАХ  с  отрицательным  сопротивлением,  второе 
(7) кулоновскую ветвь. 
Истинные ВАХ для ε
≠0 асимптотически стремятся к (6) и (7) при больших U. Участок отрица-
тельного  сопротивления  появляется  при  низкой  плотности  плазмы,  когда  потерями  на  ионизацию 
можно пренебречь. По мере увеличения плотности плазмы роль кулоновских столкновений растет и 
ВАХ приобретает нормальный вид. 

32 
 
На рисунке 1 приведены ВАХ для a=1=0,1;0,2;0,5, а также графики асимптотических характе-
ристик (6 и 7). 
Возрастание плотности плазмы по мере развития дугового разряда приводит к росту  кулонов-
ских столкновений. 
 
 
 
Рисунок 1. Расчетные вольт-амперные характеристики низковольтной дуги ТЭП:  
1 - соответствует выражению (7); 2 - соответствует выражению (6) 
 
Итак, в отличие от обычных энергетических установок (МГД - генераторов энергии) в ТЭП не 
требуются  мощные  магнитные  поля  и  полностью  отсутствуют  механические  движения.  Вследствие 
этого их можно сравнительно легко соединить в одну компактную установку с соответствующим ис-
точником тепла, например с ядерным реактором или солнечными батареями. Таким образом появля-
ется возможность создания реактора - генератора, т.е. реактора, тепловыделяющие элементы которо-
го, представляют собой ТЭП, непосредственно дающие электрический ток.  
Возможно также применение ТЭП на обычных тепловых электростанциях, что позволит повы-
сить их КПД. ТЭП имеет термодинамический цикл более близкий к идеальному и лучше согласуется 
по температуре с паровой турбиной.  
Теоретические  и  экспериментальные  исследования  режимов  работы  ТЭП, правильная физиче-
ская интерпретация процессов в низковольтной дуге позволяют уточнить условия поджига дуги, вы-
яснить влияние различных факторов на устойчивость характеристик дугового разряда. 
 
ЛИТЕРАТУРЫ 
1.  Стаханов  И.П.  Физические  основы  термоэмиссионного  преобразователя  энергии.  –  Москва:  Атомиз-
дат, 1973. – 74 с. 
2. Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. – Москва: Изд. АН СССР, 1960. – 56 с. 
3. Мойжес Б.Я., Пикус Г.Е. Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма. – Моск-
ва: Изд. Наука, 1973. – 480 с. 
4.  Стаханов  И.П.,  Касиков  И.И.  Вольт-амперные  характеристики  низковольтного  дугового  разряда  // 
Журнал технической физики. – 1969. – вып.8. – с.1130-1135. 
5. Канатчинов А.К., Стаханов И.П. Вольт-амперные характеристики низковольтного дугового разряда с 
учетом кулоновских соударений // Известия АН КазССР, серия: физ.-мат. – 1972. –  №6. – с.64-66.  
6. Макешева К.К., Канатчинов А.К. Производство энтропии в термоэмиссионных преобразователях теп-
ловой энергии в электрическую // Труды международной конференции « Информационные и телекоммуника-
ционные технологии: образование, наука, практика. Алматы. 5-6 декабря. 2012». – Алматы: Изд. КазНТУ, 2012. 
– том 2. – с.541-547.  
 
Досымбетов Р.Г., Макешева К. К. 
жүктеу/скачать

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет