CN102271451A - 一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构 - Google Patents

一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构 Download PDF

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Abstract

一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构，它由阴极柱[1]和阴极罩[2]组成，其中阴极柱[1]可用钨、紫铜或石墨制成，用来产生电弧。阴极罩[2]用紫铜制成，用来减少电场、磁场对弧柱和阴极弧根稳定性的影响，且能够通过阴极罩[2]外壁的液、气流冷液及内壁结构散去阴极柱[1]上的热量。其应用在层流电弧等离子体发生器装置中，可以稳定弧柱，并延长阴极柱[1]寿命。

Description

一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构
技术领域
本发明公开了一种用于层流电弧等离子体发生器的阴极结构，属于电弧热等离子体的发生装置。
背景技术
直流大气压电弧等离子体是研究和应用最广泛的一种热等离子体状态，其中层流电弧等离子体具有流动性稳定，高温区长，噪声低，对环境气体的卷吸量少，参数的轴向梯度小等优点，有着广泛的应用前景。层流等离子体对电弧的稳定性要求高，而现在公开应用的电弧等离子发生器的阴极结构不利于产生稳定的层流等离子体射流，在电场、磁场及工作气体流场的多重影响下这种结构难以满足层流等离子体电弧的稳定性要求，而且阴极的寿命短、成本高。
发明内容
本发明的内容是提供一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构方案，在传统圆锥柱状阴极柱[1]上套上管状阴极罩[2]，以稳定电弧，并保护阴极柱[1]，延长阴极柱[1]的寿命。
本发明的技术方案
本发明由阴极柱[1]和阴极罩[2]组成，阴极柱[1]和阴极罩[2]之间为气流通道[3]。其中，阴极柱[1]可用钨或钨合金、紫铜、石墨材料加工而成，阴极罩[2]一般采用导电、导热良好的金属材料，如紫铜制成。在产生层流电弧等离子体时，阴极柱[1]深嵌于阴极罩[2]内，阴极弧根在阴极柱尖端[4]产生并维持，阴极罩[2]内壁不产生短路电弧，只对电弧起稳定作用。
本发明的效果
1、电弧等离子体稳定。阴极罩[2]虽然与阴极柱[1]之间不绝缘，但工作时电弧不会转移到阴极罩[2]内壁上，而是从阴极柱[1]的顶端射向阳极，通过观察连续工作数百小时的阴极柱[1]的烧蚀情况，可以确定电弧在阴极柱尖端[4]十分稳定。
2、延长了阴极的寿命。现在的电弧等离子体发生器，阴极柱[1]由于弧斑及高温等离子体的作用，烧蚀严重，工作寿命很短，一般几十个小时，采用了本发明的阴极结构，阴极柱[1]的工作寿命延长，能够达到几百小时甚至上千小时。
3、将加快层流电弧等离子体在工业中的推广和运用。目前用于工业的等离子体大多数是湍流，层流等离子体还处在研发阶段，本发明能够产生长时间的稳定的层流等离子射流，解决了将其运用到工业生产中的最核心的难题，对层流等离子体推广运用具有实际意义。
附图说明
图1层流电弧等离子体发生器阴极结构示意图
图中：1---阴极柱       2---阴极罩
      3---气流通道     4---阴极柱尖端
图2图1中A-A的剖视图
图3嵌入式阴极柱结构示意图
图4阴极柱外壁分布气流通道结构截面图
具体实施方式
本发明是由阴极柱[1]和阴极罩[2]组成。阴极罩[2]在不影响阴极柱[1]起弧的情况下，对起弧后的电弧起稳定作用，由于阴极罩[2]是用导电率良好的金属制成，它能够在发生器工作时屏蔽其内部的局部电场或磁场对阴极柱尖端[4]电弧的扰动作用，且阴极罩[2]体及外壁利用液、气流系统冷却，能够带走阴极柱[1]的热量，降低阴极柱[1]的工作温度，进而延长阴极柱[1]的工作寿命。同时阴极柱[1]和阴极罩[2]之间的狭窄通道作为工作气体的气流通道[3]，对于稳定电弧和阴极柱[1]散热也有良好作用。
实施实例1：图1中的阴极柱[1]由钨合金制成，接阴极。阴极罩[2]由导电、导热性能好的紫铜制成，阴极柱[1]和阴极罩[2]之间为间隙配合，且阴极罩[2]内壁上有轴向贯通的均布齿状槽，作为工作气体的气流通道[3]。本实施实例应用在40千瓦的氮气层流电弧等离子体发生器上，能产生稳定的束状(长径比大于100)层流热等离子体射流，并且阴极柱[1]连续工作500小时以上。
实施实例2：如图3所示，除阴极柱[1]由紫铜制成外，顶端嵌入钨或钨合金，其他结构和工艺都与实施例1完全相同。
实施实例3：如图4所示，将阴极柱[1]外壁开槽作为气流通道，阴极罩[2]内壁光滑，其他结构和工艺与实施例1、2完全相同，阴极柱[1]的内管可通入冷却液，以利于阴极柱[1]的散热，延长其寿命。

Claims (5)

1.一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构，其特征在于：它由阴极柱[1]和阴极罩[2]所构成，其中阴极柱[1]与电源阴极连接，阴极柱[1]柱体位于阴极罩[2]中心的管状孔中，阴极罩管状孔内壁上均匀分布有轴向气流通道[3]，阴极罩[2]外壁为冷却液通道。
2.根据权利要求1所述的一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构，其特征在于：阴极罩[2]采用导热率高、导电率高的紫铜、高纯石墨等制成。
3.根据权利要求1或2所述的一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构，其特征在于：阴极柱[1]采用钨、钨合金、石墨、紫铜等材料加工而成。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构，其特征在于：阴极柱[1]可以是中空管状。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种层流电弧等离子体发生器的阴极结构，其特征在于：阴极柱[1]外壁上可均匀分布有轴向气流通道[3]。
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