CN101001500A - 空心筒电极涡流式空气等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心筒电极涡流式空气等离子体发生器，主要由分别带有引线的阴极和阳极、以及控制等离子体焰的外磁场线圈组成；阴极和阳极都是由两个内外同心、两端开口的空芯金属筒组成，阴极空芯绝缘绝热垫圈与阳极固连一体，使阴极内层空芯腔贯通形成等离子体腔，阴极上端被绝缘绝热封闭，阳极内外两空芯筒间被封闭，使阴阳极的内、外两层空芯筒间形成水冷密封空腔，阴阳都设有工作气流输入管及冷却水进出管口阳极外层设有外磁场线圈。优点是结构简单、制造成本低、工业维护方便、使用寿命长。

Description

空心筒电极涡流式空气等离子体发生器

背景技术

本发明涉及一种以空气为工作载体的等离子体发生器，确切地说是涉及一种以空气为工作载体的、长寿命空心筒电极涡流式空气等离子体发生器。

目前世界上应用的等离子体发生器种类与数量繁多，广泛应用于冶金、化工、采矿、造船、电力等各领域，特别是以切割与焊接作业应用最多。这些在用的等离子体发生器，基本以惰性气体如氩气、氮气为工作载体。由于以空气为载体的等离子体发生器极易氧化而寿命短，一般使用寿命只有20多小时，所以在工业上应用为数极少。而以惰性气体为载体的等离子体发生器，由于其结构复杂、材料昂贵、制造成本高、使用寿命也不理想、运行维护难度也大，因此产业界又将研究兴趣重新转向以空气为工作载体的等离子体发生器。目前的空气等离子体发生器，其阳极是由大阳极、第二阳极及小阳极分段组成的，其结构也过于复杂，加之电极采用外水冷，导致散热效率低，影响了阳极、特别是大阳极使用寿命的提高。

本发明的目的是：为用户提供一种结构简单、制造成本低、工业运行维护方便、使用寿命长的空心筒电极涡流式空气等离子体发生器。

本发明目的是通过实施下述技术方案来实现的：

一种空心筒电极涡流式空气等离子体发生器，主要由分别带有引线的阴极和阳极、以及控制等离子体焰的外磁场线圈组成，其特征在于：阴极和阳极都是由两个内外同心、两端开口的空芯金属筒组成，阴极的内外两个金属筒端部间形成等电位固联，阴极下端通过中部空芯的绝缘绝热垫圈与阳极上端对接固连成一体，使阴极内层空芯金属筒的腔体，通过该垫圈的空芯与阳极的内层空芯金属筒腔体形成贯通一体的等离子体腔，阴极上端通过绝缘绝热垫板与顶部的阻挡板固联成一体，使阴极内、外两层空芯金属筒之间形成水冷密封空腔，并在阴极靠近中部绝缘绝热垫圈的部位，设置有贯通该水冷密封空腔并向上倾斜连通等离子体腔的阴极工作气流输入管，以及分别设置在阴极外层空芯金属筒上下侧壁上的冷却水进出管口；阳极的内、外两个空芯金属筒端部间形成等电位固联，且该两层空芯金属筒间的下端被封闭固联成一体，使阳极内、外两个空芯金属筒之间形成水冷密封空腔，并在阳极靠近中部绝缘绝热垫圈的部位，设置有贯通该密封空腔并向下倾斜连通等离子体腔的阳极工作气流输入管，以及分别设置在阳极外层空芯金属筒上下侧壁上的冷却水进出管口；用于控制等离子体腔内等离子体焰的外磁场线圈，设置在阳极外层空芯金属筒的下部。

附加技术特征是：

①分别在阴极和阳极水冷密封空腔的内层空芯金属筒的侧壁上，自上而下制有扩大电极水冷面积的螺旋槽。

②为使用方便，冷却水进出管口、电极引线接头均置于一侧。③为增大等离子体发生器功率，必须增加等离子体发生器的弧压，要求对金属筒阳极采用大口径。

本发明的工作原理如下：

等离子体弧电源提供所需足够的电能，等离子体发生器接通所需的冷却水与工作气体，并调整到所需要的量值。启动高频发生器，阴极与阳极之间“点火”，在阴阳两极之间引发等离子体电弧，调节阴极工作气流，使形成的离子体电弧，在等离子体腔体内的涡旋气流作用下沿阴极向上而反射回流，又在可调节的阳极工作气流作用下转向阳极，在阴极与阳极组成的等离子体腔体内，形成了由磁场控制的高温等离子体电弧柱，并由阳极下端喷口喷射出去，形成所需要的工业用等离子体焰。

本发明的优点是：①由于主体结构只有阴极和阳极，电极布置结构简单、制造成本低、工业运行维护方便；②由于阴、阴电极都是内、外双层结构，其内外夹层为水冷密封空腔，内层腔壁上制有螺旋槽，增加了电极的换热面积，使其水冷效果更好，降低了电极的烧伤，大大提高了等离子体发生器的使用寿命；③等离子体弧功率调整范围很宽，可从25kW调到80kW；④因全部采用空气载体工作，运行成本低；⑤管路接口均设置在空气等离子体发生器的一侧、安装维护方便，克服了一般等离子体发生器阴极结构拆卸不方便的通病；⑥外加磁场线圈约束弧流，一方面可使阳极寿命增长，同时也使弧流加长，使工作区域加大。空心筒式电极的涡流式空气等离子体发生器具有寿命长。

附图说明

图1为本发明的结构纵剖示意图

图中标记：1为阴极外层空芯金属筒，2为阴极内层空芯金属筒，3为阴极内外两个金属筒间形成的水冷密封空腔，4为阴极顶部的绝缘绝热垫板，5为绝缘绝热垫板顶部的阻挡板，6为阴阳两极间的空芯绝缘绝热垫圈，7为阳极外层空芯金属筒，8为阳极内层空芯金属筒，9为阳极内外两层空芯金属筒间的下端绝缘绝热封闭件，10为阴极工作气流输入管，11为阳极工作气流输入管，12为阳极内外两个空芯金属筒之间形成水冷密封空腔，13为阴阳极内层空芯金属筒形成的等离子体腔，14为设置在阳极外层空芯金属筒下部的外磁场线圈，15为阳极内层空芯金属筒下端的等离子体焰喷射口。

具体实施方式

80kW空心筒电极涡流式空气等离子体发生器：

由分别带有引线的阴极和阳极、以及控制等离子体焰的外磁场线圈14组成；其中：阴极和阳极都是由两个内外同心、两端开口的空芯金属筒组成，阴极的内外两个金属筒端部间形成等电位固联，阴极下端通过中部空芯的绝缘绝热垫圈6与阳极上端对接固连成一体，使阴极内层空芯金属筒2的腔体，通过该垫圈6的空芯与阳极的内层空芯金属筒8的腔体形成贯通一体的等离子体腔13，阴极上端通过绝缘绝热垫板4与顶部的阻挡板5固联成一体，使阴极内、外两个空芯金属筒之间形成水冷密封空腔3，并在阴极靠近中部绝缘绝热垫圈6的部位，设置有贯通该水冷密封空腔3并向上倾斜连通等离子体腔13的阴极工作气流输入管10，以及分别设置在阴极外层空芯金属筒1的上、下侧壁上的冷却水进出管口；阳极的内、外两个空芯金属筒端部间形成等电位固联，且该两层空芯金属筒间的下端被封闭件9固联成一体，使阳极内、外两个空芯金属简之间形成水冷密封空腔12，并在阳极靠近中部绝缘绝热垫圈6的部位，设置有贯通该密封空腔12并向下倾斜连通等离子体腔13的阳极工作气流输入管11，以及分别设置在阳极外层空芯金属筒7上、下侧壁上的冷却水进出管口；用于控制等离子体腔13内等离子体焰的外磁场线圈16，设置在阳极外层空芯金属筒7的下部；同时，分别在阴极和阳极水冷密封空腔3与12的内层空芯金属筒2与8的侧壁上，自上而下制有扩大电极水冷面积的螺旋槽；为使用方便，冷却水进出管口、电极引线接头均置于一侧；为增大等离子体发生器功率，必须增加等离子体发生器的弧压，对金属筒的阳极采用了大口径。

本实例的具体参数如下：

①阴极外层空芯金属筒1为无镍不锈钢，外径Φ_外115mm、内径Φ_内100mm、长245mm；②阴极内层空芯金属筒2为无氧铜，外径为Φ50mm、内芯为Φ40mm、长为215mm；③阳极外层空芯金属筒7为无镍不锈钢，外径Φ_外15mm、内径Φ_内115mm、长为250mm；④阳极内层空芯金属筒8为无氧铜，外径Φ_外60mm、内径Φ_内45mm、长为250mm；⑤阴阳两极间的空芯绝缘绝热垫圈6的绝缘厚度为3mm。

本例80kW空心筒电极涡流式空气等离子体发生器的使用寿命可达200小时。

Claims (4)

1、一种空心筒电极涡流式空气等离子体发生器，主要由分别带有引线的阴极和阳极、以及控制等离子体焰的外磁场线圈组成，其特征在于：阴极和阳极都是由两个内外同心、两端开口的空芯金属筒组成，阴极的内外两个金属筒端部间形成等电位固联，阴极下端通过中部空芯的绝缘绝热垫圈(6)与阳极上端对接固连成一体，使阴极内层空芯金属筒(2)的腔体，通过该垫圈(6)的空芯与阳极的内层空芯金属筒(8)腔体形成贯通一体的等离子体腔(13)，阴极上端通过绝缘绝热垫板(4)与顶部的阻挡板(5)固联成一体，使阴极内、外两层空芯金属筒(1)与(2)之间形成水冷密封空腔(3)，并在阴极靠近中部绝缘绝热垫圈(6)的部位，设置有贯通该水冷密封空腔(3)并向上倾斜连通等离子体腔(13)的阴极工作气流输入管(10)，以及分别设置在阴极外层空芯金属筒(1)上下侧壁上的冷却水进出管口；阳极的内、外两个空芯金属筒端部间形成等电位固联，且该两层空芯金属筒(7)与(8)之间的下端被封闭件(9)固联成一体，使阳极内、外两个空芯金属筒(7)与(8)之间形成水冷密封空腔(12)，并在阳极靠近中部绝缘绝热垫圈(6)的部位，设置有贯通该密封空腔(12)并向下倾斜连通等离子体腔(13)的阳极工作气流输入管(11)，以及分别设置在阳极外层空芯金属筒(7)上下侧壁上的冷却水进出管口；用于控制等离子体腔(13)内等离子体焰的外磁场线圈(14)，设置在阳极外层空芯金属筒(7)的下部。

2、按照权利要求1所述的空气等离子体发生器，其特征在于：分别在阴极和阳极水冷密封空腔(3)与(12)的内层空芯金属筒(2)与(8)的侧壁上，自上而下制有扩大电极水冷面积的螺旋槽。

3、按照权利要求1所述的空气等离子体发生器，其特征在于：为使用方便，冷却水进出管口、电极引线接头均置于一侧。

4、按照权利要求1所述的空气等离子体发生器，其特征在于：为增大等离子体发生器功率，必须增加等离子体发生器的弧压，要求对金属筒阳极采用大口径。

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