CN101998746A - 用于等离子体喷射系统的气体分配环组件 - Google Patents

用于等离子体喷射系统的气体分配环组件 Download PDF

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Abstract

一种用于等离子体喷射系统(102)的气体分配环组件(100)包括气体分配环(142)，气体分配环(142)包括允许气体通到其内径(148)的多个开口。该组件还包括在气体分配环(142)和等离子体喷射系统(102)的被充电的出口(110)之间与气体分配环(142)沿轴向对准的单独的定位环(144)。

Description

用于等离子体喷射系统的气体分配环组件
技术领域
本公开大体涉及等离子体喷射(plasma spray)系统，且更具体地涉及用于等离子体喷射系统的两部件式气体分配环组件。
背景技术
等离子体喷射系统用于诸如直流(DC)等离子枪的许多工业设备中。在这些等离子体喷射系统中，通过在气体环的主体上钻出的一系列小孔，陶瓷气体分配环用来将等离子体气体引导到阴极/阳极区域中。气体分配环还使阴极和阳极电分离。
发明内容
本公开的第一方面提供了一种用于等离子体喷射系统的气体分配环组件，该环组件包括：包括允许气体通到其内径的多个开口的气体分配环；以及在气体分配环和等离子体喷射系统的被充电的出口之间与气体分配环沿轴向对准的单独的定位环。
本公开的第二方面提供了一种等离子体喷射系统，其包括：包括阴极和阳极的出口；用于使阴极与阳极电绝缘的绝缘体部件；气体分配环组件，其包括：用于将气体输送到出口的气体分配环，该气体分配环包括允许气体通到其内径的多个开口，以及在气体分配环和出口之间与气体分配环沿轴向对准的单独的定位环；以及用于将气体输送到气体分配环的气体入口。
本公开的第三方面提供了一种等离子体喷射系统，其包括：包括阴极和阳极的喷嘴组件；包括通向阴极的第一电输入和通向阳极的第二电输入的电压发生器；使阴极与阳极电绝缘的绝缘体部件；气体分配环组件，其包括：用于将气体输送到喷嘴组件的气体分配环，该气体分配环包括允许气体通到其内径的多个开口，以及在气体分配环和阳极之间与气体分配环沿轴向对准的单独的定位环，该定位环包括定位成与气体分配环的端面相接触的端面；以及联接到用于将气体输送到气体分配环的气体入口上的气体源。
本公开的说明性方面设计成用来解决本文描述的问题和/或未论述的其它问题。
附图说明
根据结合描绘了本公开的各实施例的附图获得的本公开的各方面的以下详细描述，本公开的这些和其它特征将更易于理解，在附图中：
图1显示了根据本发明的实施例的包括气体分配环组件的等离子体喷射系统的截面图。
图2显示了成组装好的构造的气体分配环组件的一个实施例的透视图。
图3显示了气体分配环组件的定位环的一个实施例的透视图。
图4显示了气体分配环组件的气体分配环的一个实施例的透视图。
图5显示了定位环的另一个实施例的透视图。
图6显示了与气体分配环成组装好的构造的定位环的又一个实施例的透视图。
图7显示了与气体分配环成组装好的构造的定位环的另一个实施例的透视图。
图8显示了图7的定位环的一个相配的弓形部分的透视图。
图9显示了图8的定位环的相配的弓形部分的侧视图。
注意，本公开的附图不是按比例绘制的。附图意在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应该被认为限制了本公开的范围。在附图中，同样的标号在不同的图之间表示同样的元件。
部件列表：
100环组件
102等离子体喷射系统
110出口
112喷嘴组件
114阴极
116阳极
118电压发生器
132金属壳体
124喷嘴
112喷嘴组件
130绝缘体部件
120气体入口
150等离子体柱
122高温区域
142分配环
144定位环
140内部腔体
148内径
152端面
160间断
162裂缝
164部分
170承座
具体实施方式
参看附图，提供了一种用于等离子体喷射系统102的气体分配环组件100。如图1所示，本发明的教导可应用于可从纽约Westbury(韦斯特伯里)的Sulzer Metco获得的Sulzer Metco 03CX型等离子体喷枪系统。但是，要强调的是，本发明的各个实施例的教导可应用于各种各样的等离子体喷射系统。
等离子体喷射系统102包括出口110，出口110包括喷嘴组件112，喷嘴组件112包括阴极114和阳极116。阴极114和阳极116由电压发生器118以电的方式供以功率，电压发生器118包括通向阴极114的第一电输入和通过金属壳体132通向阳极116的第二电输入。如所理解的那样，电流促使由通过气体入口120提供的等离子体气体形成等离子体柱(plume)。当等离子体离开出口110时，由喷嘴124将待应用的材料输送到出口外。理解的是喷嘴组件112不一定需要在所有的实例中均包括阴极114和阳极116，因为在一些实例中，喷嘴可定位在阴极114和阳极116的下游。另外，如所理解的那样，在一些实例中，阴极114和阳极116的位置可转换。阴极114和阳极116各自包含导电材料，例如铜。
等离子体喷射系统102还包括使阴极114与阳极116电绝缘的绝缘体部件130。尽管被示为单个部件，但是绝缘体部件130可包括许多电绝缘元件。绝缘部件130可包含任何电绝缘材料，例如聚合物、橡胶、陶瓷等。
传统的气体分配环包括定位在气体入口120和高温区域122(在阴极和阳极附近)之间的单个环，在高温区域122中，通过应用电流使等离子体气体转化成等离子体柱150(在图1中示为离开出口110的柱状物)。传统的气体分配环典型地由诸如氧化铝的陶瓷材料制成，且在其中包括开口，以允许等离子体气体通过其中从气体入口120通到高温区域122。典型地，气体分配环接触阴极或阳极。已经发现，当传统的气体环经受热的等离子体气体流时，该气体环在高的热负载下最终破裂。当气体分配环破裂时，等离子体气体流改变，这会产生两个明显的有害的影响。第一个影响是，当环通过气体入口开口的区域破裂时，流动型式可被扰乱，这会影响等离子体和随后的颗粒轨迹。这个流变化可改变沉积特性。第二个有害影响是，裂纹会提供用于电弧流过的径向路径，从而可能产生电短路。
与传统的气体环相反，气体分配环组件100使用减轻气体环破裂的影响的两个部件：气体分配环142和单独的定位环144。如图1所示，气体分配环组件100(下文称为“环组件100”)定位在与气体入口120和喷嘴组件112(即阴极114和阳极116)连通的等离子体喷射系统102的内部腔体140内。特别地，如针对这个特定的等离子体喷射系统所示出的那样，环组件100定位在部分地形成于绝缘体部件130、金属壳体132和阳极116内的内部腔体140中。气体分配环142和定位环144可包括恰当地承座于腔体140内所需的任何外径凸缘。
如图2-4中的一个实施例中所示，环组件100包括用于将等离子体气体输送到高温区域122的气体分配环142。在这个特定的应用中，等离子体气体输送到喷嘴组件112。在其它情况下，等离子体气体可仅输送到阴极114和阳极116，以形成等离子体柱150(示为离开出口110的柱状物)，等离子体柱150然后进入喷嘴组件。在这个特定的等离子体喷射系统中，等离子体气体通过绝缘体部件130中的通道从气体入口120通到气体分配环142的外径。气体分配环142包括允许气体通到其内径148的多个开口146。开口146以任何现在已知或以后开发的方式构造，以将气体均匀地输送到内径148，以产生等离子体柱150。
与传统的气体分配环相反，环组件100还包括在气体分配环和出口110(并且特别地在说明性实施例中为阳极116)之间与气体分配环142沿轴向对准的单独的定位环144。如在图3中所最佳地显示的那样，定位环144包括定位成与气体分配环142的端面154接触的端面152。在一个实施例中，定位环144和气体分配环142各自包含陶瓷，可对各个陶瓷进行热处理(例如，在大约1093℃(2000°F)真空炉中达大约2小时)，以释放来自于制造的任何残余应力。但是，在另一个实施例中，定位环144可包含陶瓷，而气体分配环142可包括金属，例如铜合金、铁合金、镍合金等中的一种。在任何情况下，定位环144还使阴极114和气体分配环142与阳极116和金属壳体132电绝缘。
提供了单独的定位环144和气体分配环142的环组件100减轻了由于单个气体分配环的破裂所导致的问题。特别地，任何破裂发生在遭遇高温区域122的定位环144中，而非在现在远离区域122的气体分配环142中。也就是说，使气体分配环142远离高温区域122限制了气体分配区中的温度，同时保持阴极114和阳极116之间的电绝缘。因此，由于温度的降低，气体分配环142不易于破裂。因为气体分配环142不会破裂，所以等离子体气体的流动型式不被扰乱，且等离子体和随后的颗粒轨迹将保持稳定。另外，去除了电短路的风险。
参看图5-9，示出了定位环144的多种不同的实施例。在各个实施例中，定位环144包括间断160，间断160使得定位环144分段，以便为热膨胀和收缩作准备，从而减少由于热学方面产生的应力而引起的破裂的可能性。间断160可采取多种形式。在图5中，间断160包括在环144中的裂缝162。尽管裂缝162被示为沿径向延伸，但那不是必须的，即裂缝162可以以不与环144的中心沿径向对准的角度延伸。
在图6-9中，定位环144至少包括一对弓形部分164，弓形部分164相配来形成定位环，即提供两个间断160来将环分段成弓形部分。在图6中，间断160包括裂缝166。尽管裂缝166被示为沿径向延伸，但那不是必须的，即裂缝166可以以不与环144的中心沿径向对准的角度延伸。另外，尽管被示为沿直径相对以便形成一对半圆形相配部分164，但是裂缝166可以以任何方式相对于彼此成角度，以便产生非对称的弓形部分。此外，图6中的裂缝166还被示为平的，这并非在所有情况下是必须的。例如，如图7-9中显示的那样，各个弓形相配部分164可在其端部处包括承座170，承座170与相邻的弓形相配部分164的承座172(仅图7)互补性地相配。在图7-9中显示的实例中，提供了阶梯形布置；但是，多种不同的布置是可行的，例如相配的弯曲表面、凸凹相配表面或部件等。定位环144的上述方面可以以任何方式结合。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，且不意在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”意在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地说明。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”指明存在所叙述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组。
在(下面的)权利要求书中的相应的结构、材料、行为和所有的机构或步骤加上功能元件的等效物，意在包括用于结合明确地要求保护的其它要求保护的元件来执行功能的任何结构、材料或行为。本公开的描述是出于说明和描述的目的而提供的，但不意图为穷举性的或者限于呈所公开的形式的公开内容。在不偏离本公开的范围和精神的情况下，对于本领域的普通技术人员来说，许多修改和变化将是显而易见的。选择和描述了实施例，以便最佳地解释本公开的原理和实际应用，且以便使得本领域的普通技术人员能够理解对具有适于构想到的特定用途的各种修改的各个实施例的公开。

Claims (10)

1.一种用于等离子体喷射系统(102)的气体分配环(142)组件(100)，所述环组件(100)包括：
气体分配环(142)，包括允许气体通到该气体分配环的内径(148)的多个开口；以及
单独的定位环(144)，在所述气体分配环(142)和所述等离子体喷射系统(102)的被充电的出口(110)之间与所述气体分配环(142)沿轴向对准。
2.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述定位环(144)包括定位成与所述气体分配环(142)的端面(154)接触的端面(152)。
3.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述定位环(144)和所述气体分配环(142)各自包含陶瓷。
4.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述定位环(144)包含陶瓷，而所述气体分配环(142)包含金属。
5.根据权利要求4所述的环组件，其特征在于，所述金属选自由铜合金、铁合金和镍合金组成的组。
6.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述定位环(144)至少包括相配来形成所述定位环(144)的一对弓形部分(164)。
7.根据权利要求6所述的环组件，其特征在于，所述定位环(144)包括一对半圆形相配部分(164)。
8.根据权利要求6所述的环组件，其特征在于，各个弓形相配部分在其端部处包括承座(170)，所述承座(170)与相邻的弓形相配部分的承座(172)互补性地相配。
9.根据权利要求1所述的环组件，其特征在于，所述定位环(144)在其中包括间断(160)。
10.一种等离子体喷射系统，包括：
包括阴极(114)和阳极(116)的出口(110)；
用于使所述阴极(114)与所述阳极(116)电绝缘的绝缘体部件(130)；
气体分配环(142)组件，包括：
用于输送气体的气体分配环(142)，所述气体分配环(142)包括允许气体通到其内径(148)的多个开口；以及
在所述气体分配环(142)和所述出口之间与所述气体分配环(142)沿轴向对准的单独的定位环(144)；以及
用于将气体输送到所述气体分配环(142)的气体入口。
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