PLASMABIT®

Skrotili sme plazmu o teplote slnka, aby sme priniesli prelomovú inováciu do sféry vŕtania a frézovania. Popri minimálnej ekologickej stope je PLASMABIT® rýchlejší a cenovo efektívnejší ako akákoľvek bežná technológia. Má vyššiu rýchlosť pri vŕtaní vertikálnych a zakrivených vrtov. PLASMABIT® má nižšiu energetickú spotrebu a jeho prevádzka je celkovo menej nákladná ako u konvenčných systémov. Naša hi-tech platforma v sebe zahŕňa 13 unikátnych technologických patentov a riešení a 2 priemyselné vzory.

Bezkontaktná technológia, využívajúci rotujúca plazmový oblúk v teplote 6000 stupňov Celzia, dokáže rozrušiť akýkoľvek materiál, zatiaľ čo zariadenie zostáva neporušené. Čím tvrdšia je hornina, tým jednoduchšie sa ňou PLASMABIT® prevŕta. Vďaka integrovanému chladiacemu systému si vrták neustále zachováva svoju teplotu na bezpečnej prevádzkovej úrovni. Obavy z opotrebenia a zaseknutia sú v prípade PLASMABITu zbytočné, keďže vrták nemá pohyblivé časti a pracuje bez akéhokoľvek kontaktu.

PLASMABIT® má progresívne hi-tech vlastnosti. Obsahuje presné chemické, elektrické a mechanické systémy pre ovládanie celkovej prevádzky, vrátane polohy, spätnej väzby, ohniska plazmy a pohybu.

 

S rokmi skúseností vo výskume a vývoji v oblasti vŕtania, budovania a zásahov do vrtov, s podporou výskumných grantov EÚ a strategických priemyselných partnerstiev, pracujeme dnes na zdokonaľovaní našej technológie vo vlastnom Technologickom centre, kde viac ako 20 zamestnancov má titul PhD. a viac ako 60 sú technickí inžinieri.

Ako prví na svete sme uskutočnili prvé frézovanie plazmou pod vodou, ako aj prvé frézovanie plazmou v podmienkach vysokého tlaku a vysokej teploty. Čoskoro overíme výkonnosť našej technológie PLASMABIT® v reálnom vysokotlakovom prostredí a v hĺbkach, kde to doteraz nikto nezrealizoval.

Odborné články

Experti z tímu GA Drilling sú žiadanými prezentujúcimi o našej transformatívnej technológii na medzinárodných fórach, a tiež ako autori odborných článkov v uznávaných technologických médiách pre výskum v oblasti ťažby ropy a zemného plynu. Tu je výber niektorých z nich (dostupné len v anglickom alebo ruskom jazyku):

Naše výskumné projekty

Naša spoločnosť je aktívna v programe Horizon 2020, cezhraničných projektoch, národných projektoch a v projektoch financovaných zo Štrukturálnych fondov Európskej únie. Implementovali sme nasledovné výskumné projekty:

FP7 – Spracovanie minerálov

Spoločnosť GA Drilling je členom konzorcia FP7 projektu STOICISM, skladajúcom sa zo 17 partnerov z 8 rôznych európskych krajín. Kľúčovými prispievateľmi k tejto multidisciplinárnej platforme sú univerzity, špecializované malé a stredné podniky & korporácie, obchodné združenia, ako aj výskumné ústavy aplikovaného výskumu. Projekt STOICISM je zameraný na rozvoj udržateľných a inovatívnych riešení pre spracovanie minerálov a na spôsoby ako znižovať uhlíkovú stopu vybraných kalcinovaných priemyselných minerálov, čím sa zameria na celý dodávateľský reťazec od ťažby, cez zhodnotenie odpadov, až po optimalizáciu funkčnosti pre koncových užívateľov.

TSB – Kontinuálne paženie

Spoločnosť GA Drilling v spolupráci s priemyselným partnerom Weatherford úspešne riešili projekt “Thermal Vitrification Casing while Drilling technology”. Projekt bol zameraný na potrebu technologicky a ekonomicky efektívneho spôsobu in-situ vitrifikácie a produkcie paženia z okolitého materiálu a bol financovaný z Technology Strategy Board (TSB). Skúmaná technológia na rozdiel od súčasných prístupov je schopná pracovať paralelne s procesom vŕtania a zabezpečenie štruktúru vrtu a robustnosť pre transportné a prívodné materiály. Hlavným cieľom 6-mesačného projektu bolo zmapovať technologický a trhový potenciál tejto novej technológie. Projekt začal vo februári 2013 a bol úspešne ukončený v júli 2013 odovzdaním záverečnej správy a prezentáciou dosiahnutých výsledkov pred projektovým referentom.

SIEA – Vŕtacia platforma

Dňa 1. januára 2014 spoločnosť GA Drilling, a.s., so sídlom na Piešťanskej 3 v Trnave ako prijímateľ začala implementovať projekt s názvom „Výskum súčastí systému vŕtacej platformy na termické rozrušovanie hornín v extrémnom prostredí“ s kódom ITMS 25110320109. Projekt bol úspešne ukončený 30. novembra 2015. Projekt bol zameraný na sofistikovaný priemyselný výskum a bol realizovaný bez partnerov. Miestom realizácie projektu boli priestory na Piešťanskej 3 a neskôr aj na Priemyselnej 5 v Trnave. Hlavným cieľom projektu bol priemyselný výskum, zameraný na vŕtaciu platformu na rozrušovanie hornín do extrémneho prostredia, vrátane pohybového a riadiaceho mechanizmu. Projekt pozostával z troch hlavných aktivít a z dvoch podporných aktivít a realizoval sa 23 mesiacov, v priebehu ktorých sa nám postupne podarilo splniť všetky stanovené projektové ciele, dosiahnuť naplánované výstupy a taktiež naplniť projektové indikátory. Aktuálne prebieha päťročné obdobie udržateľnosti, počas ktorého sa bude projekt aj naďalej monitorovať.

 

Internetová stránka riadiaceho orgánu
Internetová stránka operačného programu KaHR

ASFEU – Vrtná technológia

Dňa 1. augusta 2010 spoločnosť Geothermal Anywhere (dnes GA Drilling) ako prijímateľ začala implementovať projekt s názvom „Aplikovaný výskum a vývoj inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty“ a kódom ITMS 26240220042 spolu so svojimi partnermi Ústavom materiálov a mechaniky strojov Slovenskej akadémie vied, Univerzitou Komenského v Bratislave a Slovenskou technickou univerzitou v Bratislave. Hlavným cieľom projektu bolo vytvoriť inovatívny systém generovania vodného lúča na báze využitia elektrického plazmového výboja so zvýšeným pulzným účinkom. Projekt pozostával zo šiestich hlavných aktivít a z dvoch podporných aktivít. Dĺžka projektu aplikovaného výskumu je 36 mesiacov, čo je optimálna doba na dosiahnutie stanovených cieľov.
Dňa 31. júla 2013 spoločnosť GA Drilling spolu s projektovými partnermi STUBA, UK BA a ÚMMS SAV úspešne ukončili implementáciu projektu „Aplikovaný výskum a vývoj inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty.“
Projekt sa realizoval počas 36 mesiacov, v priebehu ktorých sa nám postupne podarilo splniť všetky stanovené projektové ciele, dosiahnuť naplánované výstupy a taktiež naplniť všetky naplánované projektové indikátory. Na tento úspešne odimplementovaný projekt chceme nadviazať v podobe ďalších projektov, kde sa budeme ďalej venovať nadväznému výskumu inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty. Aktuálne prebieha 5-ročné obdobie udržateľnosti, počas ktorého sa bude projekt aj naďalej monitorovať.

 

Čiastkové výsledky projektu

Gliding arc – „kĺzajúci oblúk“

V rámci projektu „Aplikovaný výskum a vývoj inovatívnej vŕtacej technológie pre ultra hlboké geotermálne vrty“ sa vedci zaoberali využitím tzv. gliding arc efektu pre potreby konceptu inovatívnej vŕtacej technológie. Ide o využitie známeho vplyvu magnetického poľa na vodič nachádzajúci sa v tomto poli. Magnetické pole pôsobí na vodiče tzv. Lorenzovými silami podľa pravidla pravej ruky. Keďže elektródy v tomto poli sú umiestnené napevno, vplyvom týchto síl sa otáča iba samotný oblúk. Cieľom série týchto úspešných experimentov je zvládnutie ovládania pohybujúceho sa oblúka. Toto je dôležité pre správne fungovanie elektród pripravovaného konceptu. Pohybujúci sa oblúk umožní rovnomerné rozloženie zaťaženia po celej ploche elektród a zabráni ich lokálnemu odtavovaniu. Tieto experimenty prevedené vo vzdušnom prostredí taktiež umožňujú prognózovať správanie sa takéhoto oblúka vo vodnom prostredí, v ktorom má koncept pracovať. Pre lepšiu ilustráciu je tu video natočené vysokorýchlostnou kamerou:

https://www.youtube.com/watch?v=f0Iy4OzqYQ4

Modelovanie pomerov v oblúkovej komore plazmatrónu

Modelovanie pomerov v oblúkovej komore plazmatrónu – ústredného zariadenia inovatívnej vŕtacej technológie – je určené vstupom z výparníka a výstupom z dýzy. Plazmotvorným médiom je para, ktorej rýchlostné polia, tlakové pomery a celkový stav je mapovaný pre optimálny návrh anódy a dýzy. Na základe experimentov sa uskutočňuje preverovanie volt-ampérových (VA) charakteristík v závislosti od prietoku plazmotvorného média. Výtoková rýchlosť v pary je daná funkciou teploty, t.j. prehriatia pary, čím je generované potrebné množstvo a aj výsledná výtoková rýchlosť z generátora plazmy. Dynamické pomery a fluidný model pre optimalizáciu a preverenie výtokových charakteristík oblúkovej komory plazmatrónu sa nachádzajú na doleuvedených obrázkoch:

Kontaktný princíp vzniku elektrického oblúka

Prvotný štart (a prípadný reštart) vrtnej plazmovej hlavice má na starosti autonómny systém využívajúci kontaktný princíp vzniku elektrického oblúka a žiadaného plazmotvorného procesu. Základným prvkom kontaktného štartovacieho systému je solenoidový aktuátor špeciálne navrhnutý pre naše vrtné zariadenie a pre extrémne pracovné podmienky. Solenoidový aktuátor využíva elektromagnetickú motorickú (reluktančnú) silu pre pohyb štartovacej elektródy k pracovnej, čím dôjde k uzatvoreniu štartovacieho elektrického obvodu. Následným spätným pohybom štartovacej elektródy do pracovnej polohy sa v medzi elektródovom priestore vytvorí elektrický oblúk, ktorý je základom plazmotvorného procesu.

Zníženie degradácie zariadenia vplyvom tepelného toku

Výskumný tím sa zaoberal dimenzovaním chladenia anódy konfúzorneho generátora plazmy so zameraním na zníženie tepelného namáhania čela generátora. Spojený systém kanálikov chladiacej a výplachovej vody, ktorá je privádzaná do medzisteny anódy za účelom chladenia a výplachu bola modifikovaná s cieľom regulácie prietoku prepadového a výplachového média. Pri vnáraní zariadenia bolo potrebné vymedziť objemový tok nosného média s cieľom vyniesť dezintegrované fragmenty kvapôčok taveniny a pevných roztrhaných čiastočiek narúšaného materiálu a ochrániť plášť tela plazmatrónu pred ich tepelným a abrazívnym účinkom.

Zníženie tepelného namáhania katódy

Výskumní pracovníci navrhli vysokotlaký okruh, ktorého cieľom je zvýšenie prestupu tepla zvýšením odvodu tepla a zlepšením dynamiky celého systému. Na základe vnútorných rozmerov pracovnej jednotky boli definované maximálne konštrukčné rozmery vysokotlakého solenoidu. Pri návrhu boli zohľadňované konštrukčné celky, ktoré tvoria geometrické obmedzenia na umiestnenie zariadenia. Výskumní pracovníci navrhli rozdeľovač, ktorý zabezpečuje ekvipotenciálne hladiny výtoku trysiek pri nízkych celkových stratách.

 

ASFEU – Mechatronické systémy

Dňa 1. februára 2011 spoločnosť Geothermal Anywhere (dnes GA Drilling) ako prijímateľ začala implementovať projekt s názvom „Autonómne robustné mechatronické systémy pre ultra hlboké geotermálne vrty“ a kódom ITMS 26220220139 spolu so svojím partnerom Žilinskou univerzitou v Žiline. Hlavným cieľom projektu je výskum a realizácia inovatívnych mechatronických systémov pre extrémne podmienky ultra hlbokých geotermálnych vrtov. Projekt sa realizuje prostredníctvom troch hlavných aktivít a dvoch podporných aktivít projektu. Dĺžka projektu aplikovaného výskumu je 36 mesiacov, čo predstavuje optimálnu dobu na dosiahnutie stanovených cieľov projektu.

 

Čiastkové výsledky projektu

Pohybovo-aretačný systém

V rámci projektu “Autonómne robustné mechatronické systémy pre ultra hlboké geotermálne vrty” sa výskumníci zaoberali pohybovo-aretačným systémom, ktorý je mechatronický systém slúžiaci na pohyb PLASMABITu vo vrte. Pohybovo-aretačný systém plní dve úlohy. Prvou úlohou je zabezpečenie pohybu smerom dole a hore a druhou je prichytenie PLASMABITu pomocou kotviacich (aretačných) jednotiek k stene vrtu z dôvodu, že PLASMABIT musí byť v určitej vzdialenosti od dna vrtu. Pohybovo-aretačný systém pohybuje PLASMABIT smerom dole, keď rozrušuje horninu a rýchlosť pohybu je závislá od rýchlosti rozrušovania horniny. Smerom hore sa pohybuje PLASMABIT, keď je potrebné urobiť preventívnu údržbu, alebo keď je vrt vyvŕtaný. Schémy jednotlivých zariadení sú na obrázku nižšie.

Komponenty pohybovo-aretačného systému

Pohybovo-aretačný systém môžeme rozdeliť na dva nezávislé systémy a to na pohybový systém a aretačný systém. Pre zabezpečenie pohybu pohybového a aretačného systému uvažujeme s dvomi alternatívami a to realizácia pomocou elektrických pohonov, alebo hydraulických pohonov. Pohybový a aretačný systém sa skladá z menších častí, ktoré označujeme ako pohybové a aretačné jednotky. Každá pohybová jednotka, alebo aretačná jednotka, ktorá je realizovaná pomocou elektrického pohonu, sa skladá z elektrického motora, riadiacej a napájacej elektroniky, prevodovky a uchytenia, ktoré je pevne spojené s PLASMABITom. Ako elektrický motor sa budeme prednostne uvažovať s asynchrónnym motorom, pretože jeho konštrukcia je najjednoduchšia a aj jeho ovládanie. Pri použití elektrických pohonov s permanentnými magnetmi nevieme spoľahlivo povedať ako ich ovplyvní prostredie počas rozrušovania horniny – vysoká teplota prostredia, a ako sa zmenia ich vlastnosti. Riadiaca a napájacia elektronika sa skladá z frekvenčného meniča, ktorého parametre závisia podľa použitého elektrického motora, a riadiacej elektroniky, ktorá zabezpečuje sledovanie potrebných snímačov a komunikáciu s nadriadeným systémom. Napájanie frekvenčného meniča bude zo zdroja jednosmerného napätia napr. 600 V. Prevodovka by sa mala skladať minimálne z dvoch stupňov. Prvý stupeň nám cez veľký prevod zníži otáčky motora. Tu sa predpokladá s použitím prevodoviek ako sú napríklad planétové, harmonické, alebo ložiskový reduktor TwinSpin. Druhý stupeň realizuje prevod rotačného pohybu na pohyb lineárny. Na daný prevod sa používajú buď klasické skrutkové prevodovky, alebo guľôčkové skrutkové prevodovky.

Povrch pohybovo-aretačného prvku

Naši výskumní pracovníci sa zaoberali výskumom styčnej plochy aretačného prvku. Študovali realizácie, kde aretačný prvok sa skladá z viacerých prvkov – článkov. Články sú prepojené rotačnými väzbami do celku (pásu), ktorý dokáže pomerne presne kopírovať miesto dotyku aretačného prvku a steny vrtu. Príklady aretačných prvkov realizovaných pomocou pásu sa nachádzajú na obrázku nižšie.

 

Demonštrátor aretačného mechanizmu

Demonštrátor aretačného mechanizmu je navrhovaný ako univerzálne zariadenie tak, aby prioritne slúžil na overenie navrhovanej koncepcie aretačného systému. Demonštrátor aretačného mechanizmu môžeme podľa funkcie rozdeliť na zariadenie aretačného prvku a testovacie zariadenia. Ideový návrh demonštrátora je možné vidieť na obrázku nižšie, na základe ktorého bol pomocou softvéru CATIA vytvorený 3D model konštrukcie aretačného mechanizmu a výrobné výkresy jednotlivých častí.

Demonštrátor sa skladá z týchto častí: elektrického motora (1), prevodovky (2), vodiaceho vedenia efektora aretačného prvku (3), držiaka efektora (4) so vzorkou efektora (5), držiaka (6) pre vzorku steny vrtu (7) a lineárneho vedenia pre držiak (8). Okrem týchto zariadení sa v demonštrátore nachádza menič pre riadenie pohybu elektrického pohonu a dva tenzometrické snímače, ktoré sú určené na meranie aretačnej sily vytváranej efektorom a ťahovej sily držiaka vzorky steny vrtu. Zariadenie aretačného prvku slúži na overenie mechanickej časti koncepcie aretačného prvku a na overenie vyvíjaného vlastného riadenia elektrického pohonu, t.j. na overenie pracovného cyklu aretačného prvku.

Demonštrátor pohybového mechanizmu

Výskumní pracovníci spolupracovali na synergickom modulatívnom návrhu riešenia nosnej konštrukcie posuvu mechatronického systému. Po prvej etape, ktorou bolo definovanie vstupných požiadaviek a parametrov pristúpili k tvorbe ideového návrhu riešenia posuvnej konštrukcie, rozkreslenej v 2D. V skúmanom prípade výskumní pracovníci riešili návrh nosnej konštrukcie posuvu a funkcionalitu a modularitu jednotlivých komponentov. Výsledkom je konsenzuálny návrh takéhoto zariadenia integrujúci požadované funkcie do predmetného návrhu.

Testovanie otočných vzpier aretácie

Výskumní pracovníci sa zaoberali testovaním vhodnosti riešenia otočných vzpier ako aretačného prvku na vrte s nerovnou geometriou. Ako testovací vrt bol použitý predzhotovený otvor priemeru 100-110 mm. Pri testoch sa zistilo, že pri kontakte jednej strany vzpery vznikalo veľké dotatočné zaťaženie. Napätie by bolo možné zmierniť zvýšením počtu kontaktov, avšak takéto riešenie nieje aplikovateľné v zariadení priemeru 88 mm. Výskumní pracovníci budú v nasledujúcom projektovom období pokračovať v testovaní aretačných systémov s cieľom identifikovať najvhodnejší systém pre hĺbkové geotermálne vrty.

Testovanie obrátenej klieštiny a výkyvných pák

V tomto monitorovacom období sa výskumní pracovníci zaoberali testovaním aretačného prvku na princípe výkyvných mechanizmov. Principiálny posun bol v použití pohonov, kde stiahnutím časti modulu sa vysunuli segmenty. Z dôvodu odstránenia problému s blokovaním prúdenia kvapalín pozdĺž zariadenia vrtu sa vysúvali aretačné jednotky striedavu. Daný typ aretačného prvu fungoval s obmedzeniam, navyše však komplikoval prepojenie modulo, keďže bolo nutné pridať ďalšie delenie a dodatočný pohyb. Ďalej sa testovali mechanizmu výkyvných pák. Prenos sily bol zabezpečený pomocou lineárneho motoru. Výhodou tohto systému, ktorá bola overená testovaním je samosvornosť. Pri zastavení motoru sa tieto aretačné jednotky zaaretovali a zabezpečovali pozíciu v geotermálnov vrte.

ASFEU – Plazmotermické procesy

Dňa 9. februára 2011 spoločnosť Geothermal Anywhere (teraz už GA Drilling) ako prijímateľ začala implementovať projekt s názvom „Aplikovaný výskum technológie plazmotermických procesov“ a kódom ITMS 26240220070 spolu so svojimi partnermi Ústavom anorganickej chémie Slovenskej akadémie vied a Slovenskou technickou univerzitou v Bratislave. Hlavným cieľom projektu je výskum elektroplazmatického systému dezintegrácie materiálov plazmotermickými procesmi, výskum a implementácia materiálov pre plazmochemické procesy plazmatrónu ako aj skúmanie procesov pôsobenia plazmy na horniny. Projekt pozostáva z troch hlavných aktivít a z dvoch podporných aktivít počas doby 36 mesiacov.

 

Čiastkové výsledky projektu

Silové pôsobenie magnetických šošoviek na pohyb elektrického oblúka

Pre silové pôsobenie lorentzových síl na elektrický oblúk je vhodné riešiť dva príklady:

a) Oblúk sa nachádza blízko horného pólového nádstavca:

Ak uvažujeme, že elektrickým oblúkom preteká prúd I tak potom súčin Io=Idl, je vektorom prúdu,kde dl je jednotkový vektor určujúci smer pretekajúceho prúdu. Axiálna zložka poľa magnetickej indukcie spolu s radiálnym smerom prúdu vytvára tangencialnu silu ,ktorá spôsobuje rotáciu elektrického oblúku. Kedže sa elektrický oblúk pohybuje a má konečné geometricke rozmery pôsobí naňho arodynamický odpor čo má za následok zmenu jeho tvaru (zaoblenie). To to zaoblenie má za následok vznik vektoru tagngencialnej zložky prúdu (dIot). Táto zložka vektora prúdu spolu s radialnou zložkou vektora magnetickej indukcie má za následok vznik axialnej zložky vektora lorentzovej sily, ktorá pôsobí do protismeru jednotkového vektora z-ovej osi.

b) Nasledujúci okrajový prípad nastáva, ak sa elektrický oblúk nachádza v blízkosti dolného pólového nádstavca:

Tu je situácia obdobná ako v predchádzajúcom prípade, no smer radiálnej zložky poľa magnetickej indukcie je opačný čo má za následok zmenu axialneho silového pôsobenia lorentzovej sily smerom rovnobežným s jednotkovým vektorom z-ovej osi. Na základe hore uvedených dvoch okrajových prípadov je zrejmé, že elektrický oblúk rotuje vždy v oblasti kde je pôsobenie radialnej zložky poľa magnetickej indukcie minimálne tzn. v strede magnetickej šosovky. Ak takéto magnetické šošovky umiestnime nad seba, je možné vhodne tvarovať pole magnetickej indukcie reguláciou prúdu do cievok a tím aj regulovať polohu rotácie elektrického oblúku v z-ovej osi:

Jednosmerný oblúkový plazmatrón na priemyselné účely

V rámci projektu sa výskumní pracovníci zaoberali základným a prvotným procesom jednosmerného oblúkového plazmatrónu na priemyselné účely. Skúmali prieraz jednosmerným napätím medzi valcovou katódou a koaxiálnou anódou. Následne sa výskum sústredil na vytvorenie prierazu a generovanie elektrického oblúka medzi elektródami, pričom na mapovanie týchto procesov sa využívali prístroje zakúpené z projektu ako aj naše vlastné zariadenia. Výskumní pracovníci vykonávali experimenty s prietokom plynu v medzielektródovom priestore. Výsledkom experimentov je spoznanie závislostí akým spôsobom sa pracovný plyn prehrieva oblúkom a vzniká vysokoteplotná plazma, ktorá sa vysokou rýchlosťou vynáša z anódovej trysky do okolitého prostredia.

Výskum viacfázového výkonového elektrického zdroja

V projekte výskumu plazmotermických procesov sa úsilie výskumníkov zameriavalo na výskum viacfázového výkonového elektrického zdroja. V prvom kroku návrhu zdroja sa navrhla spínacia charakteristika, čím sa zabezpečí sínosoida charakteristická pre striedavý zdroj potrebná pre stabilný režim vysokoprúdovej plazmy. Cieľom projektového tímu následne bude optimalizácia pre napájanie jednotlivých častí plazmatrónurespektíve na previazanie elektrického oblúka medzi dvomi elektródami.

Elektromagnetický riadený pohyb elektrického oblúka

Výskumní pracovníci spoločnosti Geothermal Anywhere preskúmavali elektromagnetický riadený pohyb elektrického oblúka v oblúkovej komore. Navrhli typy magnetov a magnetizácie pre navodenie magnetodynamických síl ktoré budú pôsobiť proti Lorentzovým silám udržujúcich koreň oblúka rotujúci pozdĺž oblúkovej komory. Výskumní pracovníci overili, že smer magnetizácie pri výrobe týchto magnetov má kľúčový vplyv na udržanie vysokoprúdovej plazmy. Na overenie procesu pohybu oblúka ako aj procesu inicializácie a generácie plazmy bola využitá ICCD kamera.

Simulácie rýchlostných polí

Výskumní pracovníci sa zaoberali CFD simuláciou teplotného rozloženia a prúdenia v plazmatrone s cieľom maximalizovať plazmotermický proces s využitím vírivých účinkov plazmy. Plazmatrón generuje horúcu, čiastočne ionizovanú vodu pod tlakom niekoľko kPa pri vysokej výstupnej rýchlosti. Teplotné a rýchlostné profily plynu boli porovnané a verifikované vďaka experimentom pomocou projektovej infraštruktúry.

ASFEU – Centrum excelentnosti

Dňa 5. februára 2014 začala implementácia projektu základného výskumu s názvom Centrum excelentnosti pre plazmové vysoko-produktívne spracovanie materiálov a aditívne vytváranie štruktúr s kódom ITMS 26240120036, ktorý realizuje prijímateľ GA Drilling, a.s., spolu so svojimi partnermi Ecoland, s.r.o., Ústav materiálov a mechaniky strojov Slovenskej akadémie vied a CELIM Slovakia. Hlavným cieľom projektu bolo zabezpečenie know-how a potrebnej infraštruktúry v strategickej oblasti plazmového vysokoproduktívneho spracovania materiálov a aditívneho vytvárania štruktúr. Projekt sa realizoval pomocou troch hlavných aktivít a dvoch podporných aktivít projektu. Trvanie projektu bolo 21 mesiacov, čo predstavovalo optimálnu dobu na dosiahnutie stanovených cieľov. Projekt bol úspešne ukončený dňa 31. októbra 2015. Počas projektu sa nám postupne podarilo splniť všetky stanovené projektové ciele, dosiahnuť naplánované výstupy a taktiež naplniť projektové indikátory. Na tento úspešne implementovaný projekt chceme nadviazať v budúcnosti implementovaním II. etapy tohto projektu, kde sa už budeme venovať priemyselnému výskumu a nadviažeme tak na základný výskum v tomto projekte. Aktuálne prebieha päťročné obdobie udržateľnosti, počas ktorého sa bude projekt aj naďalej monitorovať.

 

ASFEU – Kompetenčné centrum

Dňa 1. augusta 2011 sa začal implementovať projekt Kompetenčného centra pre nové materiály, pokročilé technológie a energetiku s kódom ITMS 26240220073, kde je spoločnosť Geothermal Anywhere (dnes GA Drilling) jedným z partnerov žiadateľa, ktorým je Elektrotechnický ústav Slovenskej akadémie vied. Hlavným cieľom projektu bolo vybudovať integrované kompetenčné centrum, spájajúce súkromný a akademický sektor, ktorého cieľom je podpora kľúčových priemyselných odvetví SR. Projekt sa realizoval pomocou piatich hlavných aktivít a dvoch podporných aktivít projektu. Trvanie projektu je 52 mesiacov, čo predstavovalo optimálnu dobu na dosiahnutie stanovených cieľov. Projekt bol úspešne ukončený 30. novembra 2015. Počas projektu sa nám ako partnerovi postupne podarilo slniť všetky stanovené ciele, dosiahnuť naplánované výstupy a tiež naplniť naše projektové indikátory. Aktuálne prebieha 5-ročné obdobie udržateľnosti, počas ktorého sa bude projekt naďalej monitorovať.

 

Čiastkové výsledky projektu

Analýza teplotných zmien plazmy

V rámci kompetenčného centra sa výskumní pracovníci venovali výskumu teplôt. Spektroskopické merania na vynesenom oblúku potvrdili vyššie teploty ako v klasických vysokoenergetických plazmových jetoch, a zároveň aj vysokú stabilitu elektrického oblúka. Teplota oblúka a ionizovaného oblaku skúmali za pomoci „Boltzman plot“ metódou z emisných spektier. Min teplota meraná vo vzduchu bola 3500 K a týka sa to pred/post-ionizovaného oblaku okolo oblúka. Maximálna teplota meraná bola v intervale 6000-10000 K.

Návrh geometrie elektródy

Výskumný tím sa taktiež zaoberal návrhom geometrie elektródy pre zvýšenie aerodynamického pôsobenia plazmy pri jej pôsobení na anorganické odpady. Pre optimalizáciu a zhotovenie špeciálnej elektródy boli brané do úvahy nasledovné kritériá:
•Termofyzikálny parameter K – ktorý vyjadruje mieru efektivity odvodu tepla z miesta dotyku elektrického oblúka s materiálom do jeho objemu
•Tepelná vodivosť – schopnosť materiálu viesť teplo. V našom prípade potreba odviesť teplo z povrchu elektródy do chladiaceho média. Predĺži sa tým životnosť elektródy
•Veľkosť elektrického prúdu – elektricky prúd charakterizuje pohyb elektricky nabitých častíc. Jeden z parametrov pomocou ktorého je možné meniť vlastnosti vytvorenej plazmy
•Elektrická erózia – erózia povrchu elektródy spôsobená vplyvom stáleho pôsobenia elektrického prúdu na jedno miesto
•Cyklovanie – počet životných cyklov elektródy, ktoré by mala vydržať, než začne dochádzať k jej opotrebeniu v takom rozsahu, že dôjde k jej znehodnoteniu pre ďalšie experimentovanie

Po náročných a dlhodobých experimentoch v experimentálnom laboratóriu pre aplikovaný výskum vysoko výkonného generátora termálnej plazmy, kde sa robia aj overovacie pokusy s elektródami, ako aj po sérii overovacích experimentov v experimentálnom prostredí vysokotlakých nádob, výskumný tím vyšpecifikoval vhodné materiály pre daný proces na báze W+Cu, Mo + Cu, resp TiB2 + Cu, ktoré najlepšie odolávali elektrickej erózii. Zároveň bolo navrhnuté sofistikované chladenie elektródy, ktoré je potrebné na odvod tepla zo špičky elektródy.

Efektivita konverzie pri pyrolíze

Výskumní pracovníci sa v sledovanom období zaoberali návrhom zvýšenia efektivity pyrolízneho procesu pri dezintegrácii odpadu pri tlaku 1 bar. Na iniciálne experimenty je možné použiť konverter s vývevou na odsávanie unikajúceho plynu. Ako plazmotvorné médium je navrhnutá vodná para urýchľovaná expanziou cez štrbinový otvor a výstupný plyn by mal obtekať materiál na dezintegráciu vo vzdialenosti 50mm od anódy plazmatrónu. Experimenty by mali potvrdiť vysokú efektivitu konverzie, až 80%. V ďaľsom období by malo byť ťažisko aktivít v rámci projektu na ďalšom zvyšovaní efektivity procesu a analýze vlastností vystupujúcich plynov.

Odstránenie dioxínových emisií

V tomto období bol navrhnutý postup na odstránenie dioxínových emisií. Pri tejto aktivite je potrebné sledovať chemické pôsobenie plazmy a sledovať molekulárnu štruktúru rozkladaného materiálu aby bola dosiahnutá úplná konverzia na ušlachilé materiály. Je potrebné analýzovať styk vysokoteplotnej plazmy so zušľachťoavným materiálom, kde sa uvoľnuje základný plyn a pevný odpad do plazmového konvertera. Je potrebné skúmať vplyv teploty v rozsahu 4000-8000K na atomárne zloženie plynu zachyteného v konvertore pri dezintegrácii pevného odpadu. Odstránenie dioxínových emisií je možné dosiahnuť pri teplotách dezintegrácie v rozsahu 7000-8000K. Vyššia teplota plazmového procesu odstraňuje nežiadúce plyny a rozkladá ich na základné atómy, preto je pre ďaľší výskum odporúčaná východisková teplota 7000-8000 K.