CN102361528B - 一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，包括喷口电极和嵌入毛细管的封闭电极，封闭电极包括伸入毛细管并与毛细管的内表面紧密贴合的中心柱，以及分别与毛细管外侧壁紧密贴合的外环，中心柱在基部设有凸台，毛细管内壁设有与凸台相适应的凹台。通过将封闭电极设计为“山”字形，一方面使得封闭电极与毛细管及之间的接触面积显著增大，另一方面通过使封闭电极嵌入到毛细管与上绝缘套之间，显著增加等离子体从毛细管到达绝缘套的通道长度。这样即使放电过程中电弧等离子体进入封闭电极中心圆柱与毛细管之间的缝隙，却仍然需要绕过封闭电极的外环才能够接触到绝缘套，从而降低了等离子体损坏绝缘套所造成的短路的可能性。

Description

一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器

技术领域

本发明属于等离子体发生装置技术领域，涉及一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器。

背景技术

毛细管放电等离子体发生器是用来产生热等离子体的常用结构。产生的热等离子体可用于进行材料喷涂、废物处理、X射线源以及在电热化学炮中对发射药进行等离子体点火。毛细管放电等离子体发生器中的主要结构包括一根高分子材料的毛细管、安装在毛细管一端的一封闭电极以及安装在毛细管另一端的空心喷口电极。封闭电极与喷口电极之间通过金属细丝相连接。在工作过程中，利用高压脉冲汽化金属丝产生初始等离子体。在放电脉冲的作用下，初始等离子体进而演变为电弧等离子体并自喷口电极的孔中喷射，以产生热等离子体射流。放电过程中电弧等离子体依靠烧蚀管壁材料产生质量来补充自喷口电极处喷出的质量并维持自身的放电。由于毛细管内等离子体的压强很高，在用于电热化学炮等离子体点火时可以达到数十个大气压甚至更高，因此封闭电极与喷口电极需要与毛细管紧密接触，以保证等离子体发生器的正常工作。这就要求发生器中有额外的部件来保证电极与毛细管之间的密封。同时，还需要必要的绝缘手段来对不同电位的导体进行有效绝缘。

目前，国内外毛细管放电等离子体发生器通常采用圆柱形封闭电极嵌入毛细管中的封闭结构(如中国发明专利20021358058A、国际发明专利2009123526A1)。但是这种结构在放电过程中通常会由于毛细管内压强过高而导致等离子体进入电极与毛细管之间的缝隙中。严重情况下，若发生器后端的绝缘构件之间闭合不严，或绝缘构件在等离子体的烧蚀作用下失效，将导致发生器后端发生短路，致使毛细管中的电流被旁路，放电过程终止，从而影响到等离子体发生器的输出，并导致发生器因内部烧蚀而损坏。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，解决毛细管放电等离子体发生器中由于气密性不足或绝缘构件间结合不够紧密所导致的内部短路问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，包括喷口电极和嵌入毛细管的封闭电极，封闭电极包括伸入毛细管并与毛细管的内表面紧密贴合的中心柱，以及与毛细管外侧壁紧密贴合的外环，中心柱在基部设有凸台，毛细管的内壁设有与该凸台相适应的凹台。

所述的封闭电极的轴线剖面为“山”字形，毛细管的外孔径与封闭电极的外环内径相吻合。

所述毛细管的顶端与喷口电极相贴紧，毛细管中的小孔与喷口电极中的小孔相互连通。喷口电极向内旋进发生器外壳，并与封闭电极通过金属细丝相连接。

所述的毛细管外侧设有上绝缘套，上绝缘套内设有两级凸台，上绝缘套与毛细管之间形成第一环形凹槽，封闭电极的外环紧密嵌入第一环形凹槽，上绝缘套与封闭电极之间形成第二环形凹槽，下绝缘套紧密嵌入第二环形凹槽，下绝缘套内设有与封闭电极固定连接的电极连杆。

所述的上绝缘套内的两级凸台中，靠近底部的凸台的厚度与封闭电极的外环的厚度一致，靠近端口的凸台的厚度与下绝缘套的厚度一致。

所述的封闭电极的外环的厚度与第一环形凹槽厚度一致，封闭电极的外环的顶部与第一环形凹槽的底部相贴合。

所述的上绝缘套和下绝缘套的一部分设置在内侧设有密封压螺的发生器内壳内，密封压螺将上绝缘套与下绝缘套压紧；毛细管和喷口电极设置在发生器外壳内，喷口电极外缘与发生器外壳固定连接；发生器内壳与发生器外壳固定连接。

所述的电极连杆与封闭电极通过螺栓连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，通过将封闭电极设计为“山”字形，以及封闭电极中心柱与毛细管孔径间相互配合的凸台结构，一方面使得封闭电极与毛细管及之间的接触面积显著增大，结合喷口电极的压紧，可以使得封闭电极与毛细管之间紧密接触从而增强密封性；另一方面通过使封闭电极嵌入到毛细管与上绝缘套之间，显著增加等离子体从毛细管到达绝缘套的通道长度，而且通过密封压螺的压紧作用可以使得封闭电极与上绝缘套之间紧密接触以增加密封性。这样即使放电过程中电弧等离子体进入封闭电极中心圆柱与毛细管之间的缝隙，却仍然需要绕过封闭电极的外缘才能够接触到绝缘套，从而降低了等离子体损坏绝缘套所造成的短路的可能性。

进一步，本发明提出的下绝缘套嵌入上绝缘套与封闭电极间形成的环形凹槽的结构可以显著增加上、下绝缘套之间的接触面积，并通过密封压螺的压紧作用使得两者之间紧密接触。这样，即使放电过程中电弧等离子体通过封闭电极与毛细管之间的狭缝到达绝缘套，也难以从上、下绝缘套的结合部分到达外壳形成短路，从而为发生器内部的密封性与内部短路的避免提供了第二重保障。

此外，封闭电极与绝缘套的制造工艺难度并没有显著增大，便于生产加工。

附图说明

图1是毛细管放电等离子体发生器沿轴线的剖面示意图；

图2是毛细管放电等离子体发生器电极与绝缘套部分的局部放大图。

其中，1为封闭电极，2为喷口电极，3为毛细管，4为上绝缘套，5为下绝缘套，6为密封压螺，7为电极连杆，8为发生器内壳，9为发生器外壳。

具体实施方式

本发明提供一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，通过对封闭电极进行新的设计，以及对绝缘部件的设计，增加发生器内部的密封性，为内部短路的避免提供保障。下面结合具体的实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1、图2，一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，包括喷口电极2和嵌入毛细管3的封闭电极1，封闭电极1包括伸入毛细管3并与毛细管3的内表面紧密贴合的中心柱，以及与毛细管3外侧壁紧密贴合的外环，中心柱在基部设有凸台，毛细管的内壁设有与该凸台相适应的凹台。

封闭电极1的轴线剖面为“山”字形，外环为封闭的环形，与中心柱为同心结构，为旋转轴对称结构，毛细管3的外孔径与封闭电极1的外环内径相吻合，以提高密闭性。而且，将喷口电极2向内旋进发生器外壳9，并使喷口电极2的端面与毛细管3的端面贴紧，可以将封闭电极与毛细管压紧，造成两个压紧平面：BC与DE。相比圆柱形电极直接嵌入毛细管的设计方案增加了一个压紧平面。

而在毛细管3外侧设有上绝缘套4，上绝缘套4内设有两级凸台，上绝缘套4与毛细管3之间形成第一环形凹槽，封闭电极1的外环紧密嵌入第一环形凹槽，上绝缘套4与封闭电极1之间形成第二环形凹槽，下绝缘套5紧密嵌入第二环形凹槽，下绝缘套5内设有与封闭电极1固定连接的电极连杆7。进一步，电极连杆7与封闭电极1通过螺栓连接，使封闭电极1容易更换。

对于上绝缘套4内的两级凸台，分别用于形成第一、第二两个环形凹槽，其中，靠近底部的凸台的厚度与封闭电极1的外环的厚度一致，用于形成第一环形凹槽，这样封闭电极1的外环的厚度与第一环形凹槽厚度一致，而且封闭电极1的外环的顶部与第一环形凹槽的底部相贴合；靠近端口的凸台的厚度与下绝缘套5的厚度一致，用于形成第二环形凹槽。

上绝缘套4和下绝缘套5的一部分设置在内侧设有密封压螺6的发生器内壳8内，密封压螺6将上绝缘套4与下绝缘套5压紧；毛细管3和喷口电极2设置在发生器外壳9内，喷口电极2外缘与发生器外壳9固定连接；发生器内壳8与发生器外壳9固定连接。

具体的封闭电极与电极连杆之间，喷口电极外缘与发生器外壳上部之间，密封压螺与发生器外壳下部之间以及发生器外壳上部与发生器外壳下部之间均通过螺纹进行连接。

在工作过程中，封闭电极与喷口电极之间以金属细丝相连接。向等离子体发生器注入高压脉冲，导致金属丝汽化，产生初始等离子体，初始等离子体进一步在放电脉冲的作用下演化为电弧等离子体。电弧等离子体不断烧蚀管壁，导致管壁材料分解、电离，形成注入等离子体的质量流。在管壁注入质量与等离子体热膨胀的作用下，等离子体自喷口电极的孔中喷射而出，形成热等离子体射流。

由于工作过程中毛细管内的气压通常较高，在用于电热化学炮等离子体点火情况下，典型的毛细管内压强可以达到几十甚至上百个大气压。因此，若封闭电极的密封作用不强，则等离子体可能沿着毛细管与封闭电极间的缝隙向内喷射至发生器内，造成发生器内部烧蚀。若等离子体到达发生器内绝缘构件，且绝缘构件间结合不够紧密，则等离子体可能造成绝缘构件失效并在发生器内部造成短路。如此不仅影响到等离子体发生器的输出，还会对发生器的内部结构造成严重损坏。采用圆柱形封闭电极直接嵌入毛细管的结构很容易发生上述问题。

而“山”字形封闭电极及其中心柱与毛细管孔径间相互配合的凸台结构可以有效地增强封闭电极与毛细管间的密封性。封闭电极与毛细管压紧，造成两个压紧平面：BC与DE。相比圆柱形电极直接嵌入毛细管的设计方案增加了一个压紧平面。

同时“山”字形封闭电极的外环嵌入毛细管与上绝缘套之间环形凹槽的设计一方面可以利用密封压螺在封闭电极与上绝缘套之间形成一个压紧平面FG以增强密封性，另一方面，可以显著增加等离子体从毛细管到达绝缘套的通道长度。这样即使由于加工精度问题导致封闭电极与毛细管之间存在缝隙，毛细管内的等离子体在高气压作用下必须经过A-H通道才能够达到绝缘构件，这期间还需要经过BC、DE与FG三个压紧平面。由此大大降低了等离子体向发生器内部喷射并导致绝缘构件失效的可能性。

此外，本发明中提出的下绝缘套嵌入上绝缘套与封闭电极间形成的环形凹槽的结构可以显著增加上、下绝缘套之间的接触面积，并通过密封压螺的压紧作用在两者之间形成压紧平面HI。如此一来，即使等离子体通过A-H通道到达绝缘套，也难以从上、下绝缘套间的结合部分泄露至发生器外壳形成短路。从而为避免发生器内部的短路问题提供了第二重保障。

Claims (5)

1.一种高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，其特征在于，包括喷口电极（2）和嵌入毛细管（3）的封闭电极（1），封闭电极（1）包括伸入毛细管（3）并与毛细管（3）的内表面紧密贴合的中心柱，以及与毛细管（3）外侧壁紧密贴合的外环，中心柱在基部设有凸台，毛细管（3）的内壁设有与该凸台相适应的凹台；

所述的封闭电极（1）的轴线剖面为“山”字形，毛细管（3）的外孔径与封闭电极（1）的外环内径相吻合；

喷口电极（2）向内旋进发生器外壳（9），并且喷口电极（2）的端面与毛细管（3）的端面相贴紧，喷口电极（2）与毛细管（3）中的小孔相互连通；封闭电极（1）与喷口电极（2）之间通过金属细丝相连接；

毛细管（3）外侧设有上绝缘套（4），上绝缘套（4）内设有两级凸台，上绝缘套（4）与毛细管（3）之间形成第一环形凹槽，封闭电极（1）的外环紧密嵌入第一环形凹槽，上绝缘套（4）与封闭电极（1）之间形成第二环形凹槽，下绝缘套（5）紧密嵌入第二环形凹槽，下绝缘套（5）内设有与封闭电极（1）固定连接的电极连杆（7）。

2.如权利要求1所述的高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，其特征在于，所述的上绝缘套（4）内的两级凸台中，靠近底部的凸台的厚度与封闭电极（1）的外环的厚度一致，靠近端口的凸台的厚度与下绝缘套（5）的厚度一致。

3.如权利要求1所述的高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，其特征在于，所述的封闭电极（1）的外环的厚度与第一环形凹槽厚度一致，封闭电极（1）的外环的顶部与第一环形凹槽的底部相贴合。

4.如权利要求1所述的高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，其特征在于，所述的上绝缘套（4）和下绝缘套（5）的一部分设置在内侧设有密封压螺（6）的发生器内壳（8）内，密封压螺（6）将上绝缘套（4）与下绝缘套（5）压紧；毛细管（3）和喷口电极（2）设置在发生器外壳（9）内，喷口电极（2）外缘与发生器外壳（9）固定连接；发生器内壳（8）与发生器外壳（9）固定连接。

5.如权利要求1所述的高密闭性的毛细管放电等离子体发生器，其特征在于，所述的电极连杆（7）与封闭电极（1）通过螺栓连接。

Images