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输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪专利

专利号:201510507096.5

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1500
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专利名称:输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪

技术领域:输入功率,双阳极电弧,等离子体喷枪

IPC主分类号:H05H1/28

申请号:CN201510507096.5

公开日:2017-05-24

说明书

输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪

技术领域

[0001] 本发明属于热等离子体技术领域,特别是一种输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪。

背景技术

[0002] 电弧加热等离子喷枪是利用电能将两电极之间放电形成的高温电弧加热气体,气4
体进入阳极喷嘴压缩段后被电弧加热到1×10K以上的高温后发生电离,进入阳极喷管扩张段膨胀加速达,最终形成等离子体射流。电弧热等离子体技术现已被广泛应用于机械、化工、材料以及航空宇航各领域。喷枪的主要性能参数取决于等离子射流的温度和速度分布,而其温度和速度分布情况又取决于喷枪的结构特点,故改进喷枪的结构,使之更加合理化,是该领域共同关注的课题。目前,常用的电弧加热等离子体喷枪,大多采用的是一对电极,即由一个阴极和一个阳极,在直流电源的作用下产生等离子体射流。在阳极喷管里,由于流场、电磁场的相互作用,使得高温电弧在阳极内不断运动,使等离子体的能量不断变化,导致射流不稳定,同时,单阳极结构容易造成高温电弧聚集在阳极内部,导致电极烧蚀。
[0003] 而且,大部分电弧加热等离子喷枪的阴、阳极在结构上是固定的,二者之间的间距也是固定的,使得在相同的工作电流下喷枪的输入功率是一定的。

发明内容

[0004] 通过研究发现,提高电弧电压有利于等离子体射流的稳定性。由于目前的等离子喷枪大多采用一对电极结构,提高电弧电压受到限制,从而造成稳定性较差。本发明就为了克服上述缺点提出了将单一阳极分割成基础阳极和辅助阳极两部分,中间加以绝缘体形成双阳极,将电弧拉致辅助阳极上,提高电弧电压,使等离子体的热能分布偏向于喷管外部,从而改变喷枪内的等离子温度分布,提高了等离子体的稳定性。同时本发明通过螺纹传动实现阴极体在轴向的自由移动,以调节阴阳极间距,在相同工作电流下实现喷枪输入功率的可调性。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为:
[0006] 一种输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪,包括阳极、内绝缘套筒、阴极、驱动螺杆、端盖和外绝缘套筒;喷枪的阳极包括同轴设置的基础阳极和辅助阳极,并通过耐高温绝缘陶瓷隔开,辅助阳极为圆环结构,设置在基础阳极的喷口端,辅助阳极开孔的扩张角还要与基础阳极的扩张角相配合;内绝缘套筒间隙设置在外绝缘套筒腔体内,内绝缘套筒的一端固连有基础阳极,另一端有对称的两个端脚,两个端脚相对的面上对称设置滑块,内绝缘套筒的端脚与端盖固连,驱动螺杆与端盖转动配合,并由驱动螺杆周向上的限位凸环在轴向上限位,驱动螺杆伸出端盖的一端为驱动螺杆调节柄,阴极一端为内部中空的阴极水冷空腔,另一端为与驱动螺杆配合的驱动螺孔,阴极外壁上的滑槽与滑块滑动配合,阴极水冷空腔通过阴极、内绝缘套筒和基础阳极上的水冷通道与阳极水冷空腔连通,阴极上开有与阴极水冷空腔连通的冷却水入口,基础阳极上开有与阳极水冷空腔连通的冷却水出口,阴极上冷却水通道的两侧阴极外壁与内绝缘套筒的内壁密封配合,外绝缘套筒和内绝缘套筒上开有连通的工作气体通道,工作气体通道与阳极喷嘴连通。
[0007] 本发明与现有技术相比,其显著优点:
[0008] (1)本发明通过双阳极切换,喷枪正常工作时,等离子电弧在阳极的后段,电弧长度被人为拉长,喷枪的稳定性好,寿命得到提高。
[0009] (2)本发明通过调节阴、阳极间距来调节喷枪的输入功率,从结构上实现电弧加热等离子体喷枪中输入功率可调。
[0010] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

[0011] 图1是本发明输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪的总体结构示意图。

具体实施方式

[0012] 结合图1:
[0013] 本发明一种输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪,包括阳极、内绝缘套筒2、阴极3、驱动螺杆4、端盖6和外绝缘套筒7;喷枪的阳极包括同轴设置的基础阳极1和辅助阳极10,并通过耐高温绝缘陶瓷9隔开,辅助阳极10为圆环结构,设置在基础阳极1的喷口端,辅助阳极10开孔的扩张角还要与基础阳极1的扩张角相配合;内绝缘套筒2间隙设置在外绝缘套筒7腔体内,内绝缘套筒2的一端固连有基础阳极1,另一端有对称的两个端脚,两个端脚相对的面上对称设置滑块2-2,内绝缘套筒2的端脚与端盖6固连,驱动螺杆4与端盖6转动配合,并由驱动螺杆4周向上的限位凸环在轴向上限位,驱动螺杆4伸出端盖6的一端为驱动螺杆调节柄4-1,阴极3一端为内部中空的阴极水冷空腔3-5,另一端为与驱动螺杆4配合的驱动螺孔3-3,阴极3外壁上的滑槽3-2与滑块2-2滑动配合,阴极水冷空腔3-5通过阴极3、内绝缘套筒2和基础阳极1上的水冷通道与阳极水冷空腔1-4连通,阴极3上开有与阴极水冷空腔3-5连通的冷却水入口3-4,基础阳极1上开有与阳极水冷空腔1-4连通的冷却水出口1-5,阴极3上冷却水通道的两侧阴极3外壁与内绝缘套筒2的内壁密封配合,外绝缘套筒7和内绝缘套筒2上开有连通的工作气体通道2-3,工作气体通道2-3与阳极喷嘴1-1连通。
[0014] 基础阳极1和辅助阳极10通过耐高温绝缘陶瓷9隔开,固定套筒11通过螺纹将辅助阳极连接在基础阳极1上。
[0015] 阴极3上开有阴极冷却水通道3-1,内绝缘套筒2上开有内绝缘套筒冷却水通道2-1,基础阳极1上开有阳极冷却水通道1-3,阴极水冷空腔3-5与阳极水冷空腔1-4依次通过阴极冷却水通道3-1、内绝缘套筒冷却水通道2-1和阳极冷却水通道1-3连通,上阴极冷却水通道3-1与内绝缘套筒冷却水通道2-1衔接处在内绝缘套筒2上设置有空腔,阴极冷却水通道3-1在阴极3轴向上的移动轨迹位于空腔的范围内,空腔两侧的内绝缘套筒2内壁开有环形凹槽,环形凹槽内设置O型密封圈8。
[0016] 基础阳极1的阳极水冷空腔1-4的形状与喷嘴形状一致相配合。
[0017] 工作气体通道2-3连通至内绝缘套筒2内的储气空腔,储气空腔与阳极喷嘴之间周向均匀设置气体出口。
[0018] 驱动螺杆调节柄4-1的轴向截面为方形。
[0019] 工作原理:本发明输入功率可调的双阳极电弧加热等离子喷枪,将原来的单一阳极沿垂直轴向切开分为基础阳极1和辅助阳极10,中间用耐高温绝缘陶瓷9将其隔开,固定套筒11通过螺纹将辅助阳极连接在基础阳极1上,直流电源的正极接基础阳极1和辅助阳极10,两部分阳极之间用一转移电弧开关连接,电源负极接入阴极3。开始工作时,在基础阳极1与阴极3之间通电,保证平稳起弧。待电弧工作稳定后,连接辅助阳极10并断开基础阳极1,从而将弧根附着位置从基础阳极1人为地变换到辅助阳极10上。
[0020] 同时,内绝缘套筒2与端盖6连为一体,内绝缘套筒2两端脚之间设有滑块2-2,滑块2-2可以在阴极3的滑槽3-2中滑动实现轴向活动,阴极3一端有驱动螺孔,阴极3的驱动螺孔与驱动螺杆4螺纹连接,通过专用工具旋转驱动螺杆4上的驱动螺杆调节柄4-1以驱动阴极3,使阴极3作轴向移动来调整枪体内阴极3头部与基础阳极1之间的间距1-2,以调节电弧加热等离子体喷枪的输入功率。
[0021] 外绝缘套筒7和内绝缘套筒2上开有连通的工作气体通道2-3,为工作气体入口,工作气体由此进入内绝缘套筒的储气空腔,同时储气空腔在周向均匀分布有出口,在储气空腔加压后沿阴极3轴向加速喷出到内绝缘套筒2和阴极3之间的环形腔体2-4,同时冷却阴极3表面,进入到阳极喷嘴1-1,电离后产生高温高速的等离子体射流。
[0022] 实施例:
[0023] 结合图1:
[0024] 一种输入功率可调的双阳极电弧加热等离子体喷枪,包括基础阳极1、内绝缘套筒2、阴极3、驱动螺杆4、端盖6和外绝缘套筒7、耐高温绝缘陶瓷9、辅助阳极10和固定套筒
11;基础阳极1和辅助阳极10通过耐高温绝缘陶瓷9隔开,固定套筒11通过螺纹将辅助阳极连接在基础阳极1上,直流电源的正极接阳极,两部分阳极之间用一转移电弧开关连接,电源负极接入阴极3。开始工作时,在基础阳极1与阴极3之间通电,保证平稳起弧。待电弧工作稳定后,连接辅助阳极10并断开基础阳极1,从而将弧根附着位置从基础阳极1人为地变换到辅助阳极10上。
[0025] 内绝缘套筒2间隙设置在外绝缘套筒7腔体内,内绝缘套筒2的一端固连有基础阳极1,另一端有对称的两个端脚,两个端脚相对的面上对称设置滑块2-2,内绝缘套筒2的端脚与端盖6固连,驱动螺杆4与端盖6转动配合,并由驱动螺杆4周向上的限位凸环在轴向上限位,使驱动螺杆4只能作圆周运动,而不能轴向移动,驱动螺杆4伸出端盖6的一端为驱动螺杆调节柄4-1,驱动螺杆调节柄4-1的轴向截面为方形,配合方孔专用工具进行调整,阴极3一端为内部中空的阴极水冷空腔3-5,另一端为与驱动螺杆4配合的驱动螺孔3-3,阴极3外壁上的滑槽3-2与滑块2-2滑动配合,等离子体喷枪工作时,使用绝缘材料制作的内方孔专用工具来转动驱动螺杆4,使阴极3作轴向移动来调节枪体内的阴极头部与阳极间的间距1-2,以改变电弧加热等离子喷枪的输入功率;
[0026] 阴极水冷空腔3-5通过阴极3、内绝缘套筒2和阳极1上的水冷通道与阳极水冷空腔1-4连通,阴极3上开有与阴极水冷空腔3-5连通的冷却水入口3-4,阳极1上开有与阳极水冷空腔1-4连通的冷却水出口1-5,阴极3上冷却水通道的两侧阴极3外壁与内绝缘套筒2的内壁密封配合,外绝缘套筒7和内绝缘套筒2上开有连通的工作气体通道2-3,工作气体通道2-3与阳极喷嘴1-1连通;具体为:阴极3上开有阴极冷却水通道3-1,内绝缘套筒2上开有内绝缘套筒冷却水通道2-1,阳极1上开有阳极冷却水通道1-3,阴极水冷空腔3-5与阳极水冷空腔1-4依次通过阴极冷却水通道3-1、内绝缘套筒冷却水通道2-1和阳极冷却水通道1-3连通,上阴极冷却水通道3-1与内绝缘套筒冷却水通道2-1衔接处在内绝缘套筒2上设置有空腔,阴极冷却水通道3-1在阴极3轴向上的移动轨迹位于空腔的范围内,空腔两侧的内绝缘套筒2内壁开有环形凹槽,环形凹槽内设置O型密封圈8;冷却水从冷却水入口3-4进入阴极内部的阴极水冷空腔3-5,并依次通过阴极冷却水通道3-1、内绝缘套筒冷却水通道2-1和阳极冷却水通道1-3进入阳极水冷空腔1-4,并从冷却水出口1-5流出,从而形成冷却水循环系统,形成电极水冷一体化;
[0027] 工作气体通道2-3连通至内绝缘套筒2内的储气空腔,储气空腔与阳极喷嘴之间周向均匀设置八个气体出口;工作气体由工作气体通道2-3进入储气空腔,在储气空腔加压后沿阴极3轴向加速喷出到内绝缘套筒2和阴极3之间的环形腔体2-4,同时冷却阴极3表面,进入到阳极喷嘴1-1,电离后产生高温高速的等离子体射流。

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