Управляемая турбулентность: новый регулятор плазмотрона для повышения эффективности защитных покрытий
.jpg "Управляемая турбулентность: новый регулятор плазмотрона для повышения эффективности защитных покрытий")
В энергетическом машиностроении, авиастроении и смежных отраслях плазменное напыление является ключевым методом создания защитных и функциональных покрытий для деталей, работающих в экстремальных условиях — лопаток турбин, элементов камер сгорания и высокотемпературного оборудования. Эффективность этого процесса напрямую зависит от характеристик плазменной струи, однако до недавнего времени управление её турбулентностью оставалось сложной задачей.
Ученые Института энергетики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого предложили решение, превратившее турбулентность из побочного эффекта в управляемый технологический инструмент.
Разработанное устройство представляет собой регулятор степени турбулизации потока плазмы, который подключается к существующему дуговому плазмотрону с межэлектродными вставками (МЭВ). В таких системах основная дуга горит между катодом и заземленным анодом-соплом, обеспечивая высокую мощность (20–40 кВт) при относительно невысоком токе (100–300 А), что существенно снижает эрозию электродов по сравнению с плазмотронами с самоустанавливающейся дугой.
Суть инновации заключается в создании дополнительного контура тока. Регулятор включает балластное сопротивление и электронный ключ (IGBT-транзистор), соединенные с входной секцией плазмотрона. Блок управления на основе микроконтроллера подает импульсы на ключ. При замыкании ключа внутри канала возникает вторая, короткая дуга между катодом и входной секцией. Эта дуга становится источником контролируемых неустойчивостей, которые переносятся в плазменную струю, усиливая её турбулентность.
С физической точки зрения, турбулизация потока разрушает пограничный слой у поверхности частиц порошка, что значительно улучшает теплопередачу от плазмы к материалу. Это обеспечивает более быстрый и равномерный нагрев частиц, их оплавление и формирование.
Важно, что устройство интегрируется в существующие установки без замены плазмотрона или сопла. Оператор может гибко подбирать режимы турбулизации под различные материалы и геометрию изделий, изменяя параметры импульсов на блоке управления, что делает технологию универсальной и легко адаптируемой под конкретные производственные задачи.
Разработка защищена патентом на полезную модель (RU 2025137447), зарегистрированным 30 апреля 2026 года. Авторы — сотрудники Высшей школы энергетических систем СПбПУ В.Я. Фролов, Д.С. Крисковец, Д.В. Иванов и Б.А. Юшин. Патентообладателем является университет. Разработка ведется в рамках стратегической программы «Приоритет-2030» и опирается на многолетний научный задел СПбПУ в области физики плазмы и технологий нанесения покрытий.
