CN104602430A - 输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，包括阳极、内绝缘套筒、阴极、驱动螺杆、端盖和外绝缘套筒；本发明通过调节阴阳极间距来调节喷枪的输入功率，从结构上实现电弧加热等离子体喷枪中输入功率可调；且本发明通过阴阳极水冷一体化回路，避免水冷系统复杂而造成的拆装和检漏的困难，并通过阳极水冷面与阳极喷嘴收缩扩张面一致，增大水冷接触面，将电弧加热等离子体喷枪水冷系统进行了最大程度的简化，提高了冷却效率。

Description

输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪

技术领域

本发明属于热等离子体技术领域，特别是一种输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪。

背景技术

等离子体作为物质的第四态，其中包含大量的电子、离子以及中性粒子，这些粒子处于一种局部热平衡状态，其具有高能量密度、高亮度、高电导率、高热导率等特性，这些性质决定等离子体在工业领域有很大的应用空间。从二十世纪七十年代开始，热等离子体在工业领域的应用有很大的发展。电弧热等离子体技术现已被广泛应用于机械、化工、材料以及航空宇航各领域。例如，在机械加工领域，热等离子体被广泛地用于材料的焊接、切割和喷涂；在化工领域，热等离子体被用于裂解煤、生产乙炔等；在材料领域，热等离子体被用于制取超细超纯材料粉以及合成各种材料；在宇航领域，热等离子体被用来做航空航天动力装置和热防护材料的烧蚀实验。在工业应用中，电弧加热等离子体喷枪作为热等离子体的发生装置，要求其具有稳定性高、高效率、长寿命等特性。

然而传统的等离子体喷枪采用独立的水冷系统，结构非常复杂，电极易烧蚀，输入功率不可调等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、低成本、电极水冷一体化的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，包括阳极、内绝缘套筒、阴极、驱动螺杆、端盖和外绝缘套筒；内绝缘套筒间隙设置在外绝缘套筒腔体内，内绝缘套筒的一端固连有阳极，另一端有对称的两个端脚，两个端脚相对的面上对称设置滑块，内绝缘套筒的端脚与端盖固连，驱动螺杆与端盖转动配合，并由驱动螺杆周向上的限位凸环在轴向上限位，驱动螺杆伸出端盖的一端为驱动螺杆调节柄，阴极一端为内部中空的阴极水冷空腔，另一端为与驱动螺杆配合的驱动螺孔，阴极外壁上的滑槽与滑块滑动配合，阴极水冷空腔通过阴极、内绝缘套筒和阳极上的水冷通道与阳极水冷空腔连通，阴极上开有与阴极水冷空腔连通的冷却水入口，阳极上开有与阳极水冷空腔连通的冷却水出口，阴极上冷却水通道的两侧阴极外壁与内绝缘套筒的内壁密封配合，外绝缘套筒和内绝缘套筒上开有连通的工作气体通道，工作气体通道与阳极喷嘴连通。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明通过调节阴阳极间距来调节喷枪的输入功率，从结构上实现电弧加热等离子体喷枪中输入功率可调。

(2)本发明通过阴阳极水冷一体化回路，避免水冷系统复杂而造成的拆装和检漏的困难，并通过阳极水冷面与阳极喷嘴收缩扩张面一致，增大水冷接触面，将电弧加热等离子体喷枪水冷系统进行了最大程度的简化，提高了冷却效率。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪的总体结构示意图。

具体实施方式

结合图1：

本发明一种输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，包括阳极1、内绝缘套筒2、阴极3、驱动螺杆4、端盖6和外绝缘套筒7；内绝缘套筒2间隙设置在外绝缘套筒7腔体内，内绝缘套筒2的一端固连有阳极1，另一端有对称的两个端脚，两个端脚相对的面上对称设置滑块2-2，内绝缘套筒2的端脚与端盖6固连，驱动螺杆4与端盖6转动配合，并由驱动螺杆4周向上的限位凸环在轴向上限位，驱动螺杆4伸出端盖6的一端为驱动螺杆调节柄4-1，阴极3一端为内部中空的阴极水冷空腔3-5，另一端为与驱动螺杆4配合的驱动螺孔3-3，阴极3外壁上的滑槽3-2与滑块2-2滑动配合，阴极水冷空腔3-5通过阴极3、内绝缘套筒2和阳极1上的水冷通道与阳极水冷空腔1-4连通，阴极3上开有与阴极水冷空腔3-5连通的冷却水入口3-4，阳极1上开有与阳极水冷空腔1-4连通的冷却水出口1-5，阴极3上冷却水通道的两侧阴极3外壁与内绝缘套筒2的内壁密封配合，外绝缘套筒7和内绝缘套筒2上开有连通的工作气体通道2-3，工作气体通道2-3与阳极喷嘴1-1连通。

阴极3上开有阴极冷却水通道3-1，内绝缘套筒2上开有内绝缘套筒冷却水通道2-1，阳极1上开有阳极冷却水通道1-3，阴极水冷空腔3-5与阳极水冷空腔1-4依次通过阴极冷却水通道3-1、内绝缘套筒冷却水通道2-1和阳极冷却水通道1-3连通，上阴极冷却水通道3-1与内绝缘套筒冷却水通道2-1衔接处在内绝缘套筒2上设置有空腔，阴极冷却水通道3-1在阴极3轴向上的移动轨迹位于空腔的范围内，空腔两侧的内绝缘套筒2内壁开有环形凹槽，环形凹槽内设置O型密封圈8。

阳极1的阳极水冷空腔1-4的形状与喷嘴形状一致相配合。

工作气体通道2-3连通至内绝缘套筒2内的储气空腔，储气空腔与阳极喷嘴之间周向均匀设置气体出口。

驱动螺杆调节柄4-1的轴向截面为方形。

工作原理：本发明输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，内绝缘套筒2与端盖6连为一体，内绝缘套筒2两端脚之间设有滑块2-2，滑块2-2可以在阴极3的滑槽3-2中滑动实现轴向活动，阴极3一端有驱动螺孔，阴极3的驱动螺孔与驱动螺杆4螺纹连接，通过专用工具旋转驱动螺杆4上的驱动螺杆调节柄4-1以驱动阴极3，使阴极3作轴向移动来调整枪体内阴极3头部与阳极1之间的间距1-2，以调节电弧加热等离子体喷枪的输入功率。

外绝缘套筒7和内绝缘套筒2上开有连通的工作气体通道2-3，为工作气体入口，工作气体由此进入内绝缘套筒的储气空腔，同时储气空腔在周向均匀分布有出口，在储气空腔加压后沿阴极3轴向加速喷出到内绝缘套筒2和阴极3之间的环形腔体2-4，同时冷却阴极3表面，进入到阳极喷嘴1-1，电离后产生高温高速的等离子体射流。

实施例：

结合图1：

一种输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，包括阳极1、内绝缘套筒2、阴极3、驱动螺杆4、端盖6和外绝缘套筒7；内绝缘套筒2间隙设置在外绝缘套筒7腔体内，内绝缘套筒2的一端固连有阳极1，另一端有对称的两个端脚，两个端脚相对的面上对称设置滑块2-2，内绝缘套筒2的端脚与端盖6固连，驱动螺杆4与端盖6转动配合，并由驱动螺杆4周向上的限位凸环在轴向上限位，使驱动螺杆(4)只能作圆周运动，而不能轴向移动，驱动螺杆4伸出端盖6的一端为驱动螺杆调节柄4-1，驱动螺杆调节柄4-1的轴向截面为方形，配合方孔专用工具进行调整，阴极3一端为内部中空的阴极水冷空腔3-5，另一端为与驱动螺杆4配合的驱动螺孔3-3，阴极3外壁上的滑槽3-2与滑块2-2滑动配合，等离子体喷枪工作时，使用绝缘材料制作的内方孔专用工具来转动驱动螺杆4，使阴极3作轴向移动来调节枪体内的阴极头部与阳极间的间距1-2，以改变电弧加热等离子喷枪的输入功率；

阴极水冷空腔3-5通过阴极3、内绝缘套筒2和阳极1上的水冷通道与阳极水冷空腔1-4连通，阴极3上开有与阴极水冷空腔3-5连通的冷却水入口3-4，阳极1上开有与阳极水冷空腔1-4连通的冷却水出口1-5，阴极3上冷却水通道的两侧阴极3外壁与内绝缘套筒2的内壁密封配合，外绝缘套筒7和内绝缘套筒2上开有连通的工作气体通道2-3，工作气体通道2-3与阳极喷嘴1-1连通；具体为：阴极3上开有阴极冷却水通道3-1，内绝缘套筒2上开有内绝缘套筒冷却水通道2-1，阳极1上开有阳极冷却水通道1-3，阴极水冷空腔3-5与阳极水冷空腔1-4依次通过阴极冷却水通道3-1、内绝缘套筒冷却水通道2-1和阳极冷却水通道1-3连通，上阴极冷却水通道3-1与内绝缘套筒冷却水通道2-1衔接处在内绝缘套筒2上设置有空腔，阴极冷却水通道3-1在阴极3轴向上的移动轨迹位于空腔的范围内，空腔两侧的内绝缘套筒2内壁开有环形凹槽，环形凹槽内设置O型密封圈8；冷却水从冷却水入口3-4进入阴极内部的阴极水冷空腔3-5，并依次通过阴极冷却水通道3-1、内绝缘套筒冷却水通道2-1和阳极冷却水通道1-3进入阳极水冷空腔1-4，并从冷却水出口1-5流出，从而形成冷却水循环系统，形成电极水冷一体化；

阳极1的阳极水冷空腔1-4的形状与喷嘴形状一致相配合；增大水冷接触面积，提高冷却效率；

工作气体通道2-3连通至内绝缘套筒2内的储气空腔，储气空腔与阳极喷嘴之间周向均匀设置八个气体出口；工作气体由工作气体通道2-3进入储气空腔，在储气空腔加压后沿阴极3轴向加速喷出到内绝缘套筒2和阴极3之间的环形腔体2-4，同时冷却阴极3表面，进入到阳极喷嘴1-1，电离后产生高温高速的等离子体射流。

Claims (8)

1.一种输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：包括阳极(1)、内绝缘套筒(2)、阴极(3)、驱动螺杆(4)、端盖(6)和外绝缘套筒(7)；内绝缘套筒(2)间隙设置在外绝缘套筒(7)腔体内，内绝缘套筒(2)的一端固连有阳极(1)，另一端有对称的两个端脚，两个端脚相对的面上对称设置滑块(2-2)，内绝缘套筒(2)的端脚与端盖(6)固连，驱动螺杆(4)与端盖(6)转动配合，并由驱动螺杆(4)周向上的限位凸环在轴向上限位，驱动螺杆(4)伸出端盖(6)的一端为驱动螺杆调节柄(4-1)，阴极(3)一端为内部中空的阴极水冷空腔(3-5)，另一端为与驱动螺杆(4)配合的驱动螺孔(3-3)，阴极(3)外壁上的滑槽(3-2)与滑块(2-2)滑动配合，阴极水冷空腔(3-5)通过阴极(3)、内绝缘套筒(2)和阳极(1)上的水冷通道与阳极水冷空腔(1-4)连通，阴极(3)上开有与阴极水冷空腔(3-5)连通的冷却水入口(3-4)，阳极(1)上开有与阳极水冷空腔(1-4)连通的冷却水出口(1-5)，阴极(3)上冷却水通道的两侧阴极(3)外壁与内绝缘套筒(2)的内壁密封配合，外绝缘套筒(7)和内绝缘套筒(2)上开有连通的工作气体通道(2-3)，工作气体通道(2-3)与阳极喷嘴(1-1)连通。

2.根据权利要求1所述的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述的阴极(3)上开有阴极冷却水通道(3-1)，内绝缘套筒(2)上开有内绝缘套筒冷却水通道(2-1)，阳极(1)上开有阳极冷却水通道(1-3)，阴极水冷空腔(3-5)与阳极水冷空腔(1-4)依次通过阴极冷却水通道(3-1)、内绝缘套筒冷却水通道(2-1)和阳极冷却水通道(1-3)连通，上阴极冷却水通道(3-1)与内绝缘套筒冷却水通道(2-1)衔接处在内绝缘套筒(2)上设置有空腔，阴极冷却水通道(3-1)在阴极(3)轴向上的移动轨迹位于空腔的范围内，空腔两侧的内绝缘套筒(2)内壁开有环形凹槽，环形凹槽内设置O型密封圈(8)。

3.根据权利要求1或2所述的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述的阳极(1)的阳极水冷空腔(1-4)的形状与喷嘴形状一致相配合。

4.根据权利要求1或2所述的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述的工作气体通道(2-3)连通至内绝缘套筒(2)内的储气空腔，储气空腔与阳极喷嘴之间周向均匀设置气体出口。

5.根据权利要求3所述的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述的工作气体通道(2-3)连通至内绝缘套筒(2)内的储气空腔，储气空腔与阳极喷嘴之间周向均匀设置气体出口。

6.根据权利要求1或2或5所述的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述的驱动螺杆调节柄(4-1)的轴向截面为方形。

7.根据权利要求3所述的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述的驱动螺杆调节柄(4-1)的轴向截面为方形。

8.根据权利要求4所述的输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪，其特征在于：所述的驱动螺杆调节柄(4-1)的轴向截面为方形。