CN1007561B - 高强度发射装置 - Google Patents

Abstract

一种高强度发射源，利用涡流发生构件在电弧室内表面上形成-液体涡流壁，以限制电极间产生的电弧的直径。该涡流发生构件包括一个液体进入电弧室前必须先经过的环形限制构件，其尺寸足以使电弧室内有足够的压力和速度，以减少或消除可能传输至电弧室内液壁的流动不规则的现象，可装一喷嘴以产生液体和气体所需的轴向涡流流型。邻近电弧室的排放室均匀变细，以防止干扰流动。电极上的翘片用于减少电弧室内的反向气体、液体流。

Description

本申请涉及一种高强度发射源，具体地说，涉及有关此种高强度发射源的冷却以及其电极寿命方面的改进。

在1977年5月31日颁发的诺得威尔等人的第4027185号美国专利中描述了一种高强度发射源。（该专利的发明人之一也是本发明的发明人。）这份参考文件描述了一种产生高强度发射源的新方法和新装置，该装置设有能够增加电极寿命的有效的冷却系统，该技术包括了使液体产生涡旋运动从而在电弧室的内部形成一液壁的步骤。液体冷却电弧的周缘并限制了其直径。

该发明在增加电极寿命以及电弧效率方面取得了改进。人们发现，在上述美国专利描述的装置中，涡流室中用于平整流型的发射压力梯度所需的液体压力高于理想值。而且，室内的涡旋气体和液体还会发生不需要的相互作用，这也将使液体小滴到达阳极的头部区域，影响电极的寿命。

现根据本发明的一个实施方案，描述一种用于产生高强度发射的装置，该装置包括一细长圆筒形电弧室，同轴置于所述电弧室内的第一及第二电极构件，将液体注入所述电弧室，通过冷却所述弧光放电的周缘来集骤电弧放电的液体涡流发生构件，将具有涡旋运动的气流通过所述圆筒形液壁的内部注入所述室内的构件，以及置于所述液体涡流发生构件内的环形涡流限制构件，该构件工作时，可以在所述液体注入所述电弧室时减少宏观紊流。

现在参照附图，说明本发明的一个具体实施方案，提供该方案仅仅是为了举例而已。附图中：

图1是根据本发明的一种高强度发射源的剖视图。

图2是沿图1Ⅱ-Ⅱ线的局部剖视图。

高强度发射源在剖视图中一般由图1中的10所示，它包括一般由11所示的石英晶体圆筒形电弧室、一般由12所示的阴极外壳组件、一般由13所示的阳极外壳组件，以及一般由14所示的排放或排出区。

辅助装置有启动电路和电源电路，以产生并保持穿过电极的弧光放电直至有足够的电流维持电弧。同样，为冷却液提供液体泵和热交换器，还需要一个气体泵以循环通过电弧室的气体。这些要求在上述第4027185号美国专利中均有描述，这里将该专利的揭示内容一并收入，以供参考。

阴极外壳组件12包括装有一个钨电极21的阴极外壳20，在阴极外壳20（另请参阅图2）上用平头螺钉23固定了一个有外环形套筒15的喷嘴22，涡流室24用有帽螺钉30安装在阴极外壳20上。在阴极安装架33内装有一个环形螺母34，其作用是在装置工作时夹住涡流室24以及阴极外壳组件12的其余部分。

阴极外壳20和喷嘴22互相连接时的结构在图2中有说明。喷嘴22的外环形套筒与空腔74之间的环形距离沿空腔74的圆周而减小，最好使该容量的变化率与从水流注入点25起的倾斜位移相一致。

带有O形环41的管子衬套40密封连接在石英晶体电弧管42的端部，并安装在涡流室24内。电弧管42的端部周围置有火花制止器43。

在电弧室11的另一端，阳极外壳组件13包括一个有阳极头50的阳极44，阳极头50和阳极44被围在一个扩大的喷嘴51之中，阳极44和阳极头50用有帽螺钉52与扩大的喷嘴51相连接。阳极衬套53被夹持在阳极衬套夹持件54内，该夹持件用有帽螺钉60连接在阳极上，一个O型环在阳极44和阳极衬套夹持件54之间起密封件的作用。

扩大的喷嘴51没有突然变化区域，相反，它以圆锥形渐渐地扩大， 直至到达排放区14，它将液体和气体排放入一排放室（图中未示），在该处液体和气体将被分离开来。液体和气体两者均由泵汲送通过适当的热交换器（图中未示），然后再循环。装置中设有一个环形冷却室62，以冷却阳极44和阳极衬套53，液体经过阳极冷却液出口喷嘴64排放至排放室（图中未示）以作再循环。

阳极44有一个与扩大的喷嘴51邻近的前部，在该阳极的中部装有翅片70，翅片70沿阳极44的圆周而围，构成阳极的一部分。其前部71向后渐渐变细，其后部72呈凹形，之所以设计这种前部、后部的结构的目的可见下文解释。装置上还有一组前部翅片73，其构造与位于阳极中部的翅片70的构造相同，但尺寸较小。

工作时，穿过电极21、50，接通一高电流电源（图中未示），液体泵和热交换器（图中未示）将液体输入阴极外壳20之内，液流冷却电极21的内部75。阴极外壳20（图2）在25处向内装喷嘴22的空腔74的周缘射出一单束液流。如图2中可最清晰地见到的那样，水流沿空腔74的周缘运行，空腔74外部与外环形套筒15之间的环形距离沿着水流运行的这段环形距离均匀地减小。与此同时，液体通过外环形套筒15和涡流室24之间的环形限制件自空腔74中排出。该环形限制件的宽度和有效距离足以提供所需的压力和液量以获取理想的发射液体运动，并减少液体的宏观紊流。现已发现，就五至二十加仑/分（美制）的水流而言，对1.75吋限制半径的适合的空隙为0.006吋至0.015吋，这样的尺寸还可以消除液体的不规则运动，使液体的流型平稳，以防止上述不必要的紊流。

涡旋液体离开涡流室24以后，即碰到带有喷嘴22的分离筒81，该分离筒81的位置应与在电弧室11的内圆周上形成的液壁的平衡状表面基本一致。分离筒81对液壁表面加以实际限制直至液体的轴向流形成，轴向流可以减少水的微粒与涡旋气体的相互作用。

通过入口63同时输入气体，通过向空腔82切向注入气体的方法在空腔82中形成气体涡流。尽管由于电弧室内液壁的涡旋，气体能够产生涡旋运动，但是最好还是给气体加一切向速度。然后，把涡旋的气体导入阴极21的外径与分离筒81的内径之间的圆周形空间内，同样，该分离筒81的实际限制作用可使气体产生轴向流，从而减小由气体和液体的紊流所致的相互作用。

这样，涡旋气体由分离筒81导向，进入电弧室，并行进至阳极44。涡旋液体在电弧管42的内部形成一液壁，并流入阳极外壳组件13。阳极外壳组件13的扩大的喷嘴51向外逐渐变细，其渐变区域很均匀，以减小液体和气体流中的紊流。液气混合物从排放区14排至排放室（图中未示）。

水和气体离开扩大的喷嘴51时不可避免的紊流将导致液体沿阳极44朝电弧运动或自右向左运动，如图1所示。那种能够导致气流暂时反向流动的电弧电流的波动会增加这种运动。如果该液体到达阳极头50的区域，液体将蒸发、分解，使电极头50遭到热冲击，这种热冲击会显著缩短电极寿命，电弧本身也将被冷却，有可能熄灭。

为了减少这个问题，装置上设有翅片70、73，以防止水向阳极头50运动。翅片70、73可截留偏移的液体微粒，并将之与液体一起排放掉。翅片70、73、的前部构造不会阻止液体流离阳极头50的运动，而其后部构造则可以阻止液体流向阳极头50。因此，翅片前部、后部的表面71、72可以分别采用凸出和凹进的结构。

液气混合物通过排放区14排出以后，液体和气体可以直接或者通过各自的热交换器（图中未示）再循环至阴极外壳组件12的各自入口。

在本发明的范围之内，可以对所述的具体装置设想许多改变方案，例如，分离筒81和喷嘴22当然可以加工成分离的组件，而不必如描述的那样，用一整块的材料制得。阳极44可以采用数种不同的构造以 防止液体微粒向阳极头50运动。所述的环形限制件尽管在所述条件下是令人满意的，但在不同的工作条件下，也可修正。

根据上述描述，应将所述的具体实施方案视为说明，而不是对所附权利要求中所述的发明范围的限定。

Claims (11)

1、一种产生高强度发射的装置，包括一个细长圆筒形电弧室、同轴置于所述电弧室内的第一及第二电极构件、能把液体注入到所述电弧室内且在其内周缘上形成圆筒形液壁并可通过冷却所述电弧放电的周缘来集聚弧光放电的液体涡流发生构件、以及把具有涡流运动的气体通过所述圆筒形液壁的内部注入到所述电弧室内的构件，其特征在于：本装置还包括一个位于所述液体涡流发生构件内能够减少注入所述电弧室中的液体宏观紊流的环形涡流限制构件。

2、如权利要求1所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：所述液体涡流发生构件具有一个液体注射构件和一个围绕所述环形涡流限制构件外缘的空腔构件。

3、如权利要求2所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：所述空腔构件与外环形套筒之间的环形距离在水流注入点处呈最大并沿着水流运行方向均匀地减小。

4、如权利要求2所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：所述环形涡流限制构件具有足以保证减少通过环形涡流限制构件后并自空腔构件排出的液体的宏观紊流的宽度和有效距离。

5、如权利要求4所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：还包括一个从所述液体涡流发生构件沿所述第一电极伸出的喷嘴构件，该喷嘴构件的外圆周基本上与所述圆筒形液壁的平衡表面接近。

6、一种产生高强度发射的装置，包括一个细长圆筒形电弧室、同轴置于所述电弧室两端的第一及第二电极构件、从所述第一到第二电极在所述电弧室的内周缘上产生圆筒形液壁的液体涡流发生构件、将具有涡流运动的气体注入到所述圆筒形液壁内的气体注入构件，其特征在于：还包括一个从所述液体涡流发生构件处呈轴向伸展的喷嘴构件，该喷嘴构件的内部直径和所述第一电极的外部直径确定了接受所述气体注入构件注入气体的环形开口，喷嘴构件的外圆周基本上与所述圆筒形液壁的平衡表面接近并与液体涡流发生构件相连通，喷嘴构件对液壁表面加以限制并形成液体的轴向流。

7、如权利要求6所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：所述气体被注入位于所述喷嘴构件的内径和所述第一电极的外圆周之间的所述电弧室内，而所述液体则被注入位于所述喷嘴构件外面的所述电弧室内。

8、一种产生高强度发射的装置，包括一个细长圆筒形电弧室、同轴置于所述电弧室两端的第一及第二电极构件、邻近所述第一电极并能在所述电弧室的内周缘上形成圆筒形液壁的液体涡流发生构件、将气体注入到位于所述第一及第二电极之间的电弧室内并使之作涡旋运动的气体注射构件，其特征在于：还包括一个邻近所述第二电极的液体和气体接收构件，在所述第二电极上至少装有一个翅片，该翅片朝着离开上述电弧室的液体和气体流的方向伸展、沿液体和气体流动方向限定出一个相对无阻的通道以及沿所述液体和气体流相反方向运动时的阻档性通道。

9、如权利要求8所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：所述液体和气体接收构件包括一个自接收区至排放区均匀扩大的扩大喷嘴。

10、如权利要求9所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：所述第二电极在靠近其顶部处有一组较小的翅片，在靠近其中部处另有一组较大的翅片。

11、如权利要求10所述的高强度发射装置，其进一步特征在于：还包括一个能将第二电极的冷却液体排放至排放室并装在所述第二电极上的出口喷嘴。

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