空心筒電極渦流式空氣等離子體發生器的製作方法

2023-12-03 20:46:31 2

專利名稱：空心筒電極渦流式空氣等離子體發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種以空氣為工作載體的等離子體發生器，確切 地說是涉及一種以空氣為工作載體的、長壽命空心筒電極渦流式空氣 等離子體發生器。 背彔技術
目前世界上應用的等離子體發生器種類與數量繁多，廣泛應用於 冶金、化工、採礦、造船、電力等各領域，特別是以切割與焊接作業 應用最多。這些在用的等離子體發生器，基本以惰性氣體如氬氣、氮 氣為工作載體。由於以空氣為載體的等離子體發生器極易氧化而壽命
短， 一般使用壽命只有20多小時，所以在工業上應用為數極少。而 以惰性氣體為載體的等離子體發生器，由於其結構複雜、材料昂貴、 製造成本高、使用壽命也不理想、運行維護難度也大，因此產業界又 將研究興趣重新轉向以空氣為工作載體的等離子體發生器。目前的空 氣等離子體發生器，其陽極是由大陽極、第二陽極及小陽極分段組成 的，其結構也過於複雜，加之電極採用外水冷，導致散熱效率低，影 響了陽極、特別是大陽極使用壽命的提高。 發明內容
本實用新型的發明目的是為用戶提供一種結構簡單、製造成本 低、工業運行維護方便、使用壽命長的空心筒電極渦流式空氣等離子
體發生器。
本實用新型的發明目的是通過實施下述技術方案來實現的-一種空心筒電極渦流式空氣等離子體發生器，主要由分別帶有引 線的陰極和陽極、以及控制等離子體焰的外磁場線圈組成，其特徵在 於陰極和陽極都是由兩個內外同心、兩端開口的空芯金屬筒組成， 陰極的內外兩個金屬筒端部間形成等電位固聯，陰極下端通過中部空 芯的絕緣絕熱墊圈與陽極上端對接固連成一體，使陰極內層空芯金屬 筒的腔體，通過該墊圈的空芯與陽極的內層空芯金屬筒腔體形成貫通 一體的等離子體腔，陰極上端通過絕緣絕熱墊板與頂部的阻擋板固聯 成一體，使陰極內、外兩層空芯金屬筒之間形成水冷密封空腔，並在 陰極靠近中部絕緣絕熱墊圈的部位，設置有貫通該水冷密封空腔並向 上傾斜連通等離子體腔的陰極工作氣流輸入管，以及分別設置在陰極 外層空芯金屬筒上下側壁上的冷卻水進出管口；陽極的內、外兩個空 芯金屬筒端部間形成等電位固聯，且該兩層空芯金屬筒間的下端被封 閉固聯成一體，使陽極內、外兩個空芯金屬筒之間形成水冷密封空腔， 並在陽極靠近中部絕緣絕熱墊圈的部位，設置有貫通該密封空腔並向 下傾斜連通等離子體腔的陽極工作氣流輸入管，以及分別設置在陽極 外層空芯金屬筒上下側壁上的冷卻水進出管口；用於控制等離子體腔 內等離子體焰的外磁場線圈，設置在陽極外層空芯金屬筒的下部。
附加技術特徵是分別在陰極和陽極水冷密封空腔的內層空芯金 屬筒的側壁上，自上而下制有擴大電極水冷麵積的螺旋槽。 本實用新型的工作原理如下
等離子體弧電源提供所需足夠的電能，等離子體發生器接通所需的冷 卻水與工作氣體，並調整到所需要的量值。啟動高頻發生器，陰極與 陽極之間"點火"，在陰陽兩極之間引發等離子體電弧，調節陰極工 作氣流，使形成的離子體電弧，在等離子體腔體內的渦旋氣流作用下 沿陰極向上而反射回流，又在可調節的陽極工作氣流作用下轉向陽 極，在陰極與陽極組成的等離子體腔體內，形成了由磁場控制的高溫 等離子體電弧柱，並由陽極下端噴口噴射出去，形成所需要的工業用 等離子體焰。
本實用新型的優點是①由於主體結構只有陰極和陽極，電極布 置結構簡單、製造成本低、工業運行維護方便；②由於陰、陰電極都 是內、外雙層結構，其內外夾層為水冷密封空腔，內層腔壁上制有螺 旋槽，增加了電極的換熱面積，使其水冷效果更好，降低了電極的燒 傷，大大提高了等離子體發生器的使用壽命；③等離子體弧功率調整 範圍很寬，可從25kW調到80kW;④因全部採用空氣載體工作，運行 成本低；⑤管路接口均設置在空氣等離子體發生器的一側、安裝維護 方便，克服了一般等離子體發生器陰極結構拆卸不方便的通病；⑥外 加磁場線圈約束弧流， 一方面可使陽極壽命增長，同時也使弧流加長， 使工作區域加大。空心筒式電極的渦流式空氣等離子體發生器具有壽 命長。

圖1為本實用新型結構縱剖示意圖
圖中標記1為陰極外層空芯金屬筒，2為陰極內層空芯金屬筒，3
為陰極內外兩個金屬筒間形成的水冷密封空腔，4為陰極頂部的絕緣 絕熱墊板，5為絕緣絕熱墊板頂部的阻擋板，6為陰陽兩極間的空芯 絕緣絕熱墊圈，7為陽極外層空芯金屬筒，8為陽極內層空芯金屬筒， 9為陽極內外兩層空芯金屬筒間的下端絕緣絕熱封閉件，10為陰極工 作氣流輸入管，11為陽極工作氣流輸入管，12為陽極內外兩個空芯 金屬筒之間形成水冷密封空腔，13為陰陽極內層空芯金屬筒形成的 等離子體腔，14為設置在陽極外層空芯金屬筒下部的外磁場線圈， 15為陽極內層空芯金屬筒下端的等離子體焰噴射口。
具體實施方式

80kW空心筒電極渦流式空氣等離子體發生器
由分別帶有引線的陰極和陽極、以及控制等離子體焰的外磁場線圈
14組成；其中陰極和陽極都是由兩個內外同心、兩端開口的空芯 金屬筒組成，陰極的內外兩個金屬筒端部間形成等電位固聯，陰極下 端通過中部空芯的絕緣絕熱墊圈6與陽極上端對接固連成一體，使陰
極內層空芯金屬筒2的腔體，通過該墊圈6的空芯與陽極的內層空芯 金屬筒8的腔體形成貫通一體的等離子體腔13，陰極上端通過絕緣 絕熱墊板4與頂部的阻擋板5固聯成一體，使陰極內、外兩個空芯金 屬筒之間形成水冷密封空腔3，並在陰極靠近中部絕緣絕熱墊圈6的 部位，設置有貫通該水冷密封空腔3並向上傾斜連通等離子體腔13 的陰極工作氣流輸入管10，以及分別設置在陰極外層空芯金屬筒1 的上、下側壁上的冷卻水進出管口；陽極的內、外兩個空芯金屬筒端 部間形成等電位固聯，且該兩層空芯金屬筒間的下端被封閉件9固聯 成一體，使陽極內、外兩個空芯金屬筒之間形成水冷密封空腔12， 並在陽極靠近中部絕緣絕熱墊圈6的部位，設置有貫通該密封空腔 12並向下傾斜連通等離子體腔13的陽極工作氣流輸入管11，以及分 別設置在陽極外層空芯金屬筒7上、下側壁上的冷卻水進出管口；用 於控制等離子體腔13內等離子體焰的外磁場線圈16，設置在陽極外 層空芯金屬筒7的下部；同時，分別在陰極和陽極水冷密封空腔3與 12的內層空芯金屬筒2與8的側壁上，自上而下制有擴大電極水冷 面積的螺旋槽；為使用方便，冷卻水進出管口、電極引線接頭均置於 一側；為增大等離子體發生器功率，必須增加等離子體發生器的弧 壓，對金屬筒的陽極採用了大口徑。 本實例的具體參數如下
①陰極外層空芯金屬筒1為無鎳不鏽鋼，外徑c^卜115mm、內徑0> 內100mm、長245mm;②陰極內層空芯金屬筒2為無氧銅，外徑為0>50mm、 內芯為①40mm、長為215mm;③陽極外層空芯金屬筒7為無鎳不鏽鋼， 外徑①外150mm、內徑0)內115mm、長為250mm;④陽極內層空芯金屬筒 8為無氧銅，外徑①外60ran、內徑0)內45mm、長為250mm;⑤陰陽兩極 間的空芯絕緣絕熱墊圈6的絕緣厚度為3mm。
本例80kW空心筒電極渦流式空氣等離子體發生器的使用壽命可達 200小時。
權利要求1、一種空心筒電極渦流式空氣等離子體發生器，主要由分別帶有引線的陰極和陽極、以及控制等離子體焰的外磁場線圈組成，其特徵在於陰極和陽極都是由兩個內外同心、兩端開口的空芯金屬筒組成，陰極的內外兩個金屬筒端部間形成等電位固聯，陰極下端通過中部空芯的絕緣絕熱墊圈(6)與陽極上端對接固連成一體，使陰極內層空芯金屬筒(2)的腔體，通過該墊圈(6)的空芯與陽極的內層空芯金屬筒(8)腔體形成貫通一體的等離子體腔(13)，陰極上端通過絕緣絕熱墊板(4)與頂部的阻擋板(5)固聯成一體，使陰極內、外兩層空芯金屬筒(1)與(2)之間形成水冷密封空腔(3)，並在陰極靠近中部絕緣絕熱墊圈(6)的部位，設置有貫通該水冷密封空腔(3)並向上傾斜連通等離子體腔(13)的陰極工作氣流輸入管(10)，以及分別設置在陰極外層空芯金屬筒(1)上下側壁上的冷卻水進出管口；陽極的內、外兩個空芯金屬筒端部間形成等電位固聯，且該兩層空芯金屬筒(7)與(8)之間的下端被封閉件(9)固聯成一體，使陽極內、外兩個空芯金屬筒(7)與(8)之間形成水冷密封空腔(12)，並在陽極靠近中部絕緣絕熱墊圈(6)的部位，設置有貫通該密封空腔(12)並向下傾斜連通等離子體腔(13)的陽極工作氣流輸入管(11)，以及分別設置在陽極外層空芯金屬筒(7)上下側壁上的冷卻水進出管口；用於控制等離子體腔(13)內等離子體焰的外磁場線圈(14)，設置在陽極外層空芯金屬筒(7)的下部。
2、按照權利要求1所述的空氣等離子體發生器，其特徵在於-分別在陰極和陽極水冷密封空腔(3)與(12)的內層空芯金屬筒(2) 與(8)的側壁上，自上而下制有擴大電極水冷麵積的螺旋槽。
專利摘要本實用新型公開一種空心筒電極渦流式空氣等離子體發生器，主要由分別帶有引線的陰極和陽極、以及控制等離子體焰的外磁場線圈組成；陰極和陽極都是由兩個內外同心、兩端開口的空芯金屬筒組成，陰極空芯絕緣絕熱墊圈與陽極固連一體，使陰陰極內層空芯腔貫通形成等離子體腔，陰極上端被絕緣絕熱封閉，陽極內外兩空芯筒間被封閉，使陰陽極的內、外兩層空芯筒間形成水冷密封空腔，陰陽都設有工作氣流輸入管及冷卻水進出管口陽極外層設有外磁場線圈。優點是結構簡單、製造成本低、工業維護方便、使用壽命長。
文檔編號H05H1/50GK201057678SQ20062003694
公開日2008年5月7日 申請日期2006年12月31日 優先權日2006年12月31日
發明者王忠義, 俊 董 申請人:董 俊;王忠義