CN105142323B - 一种气冷等离子电极 - Google Patents

Abstract

一种气冷等离子电极，属于等离子发生器电极。该电极包括阴极和阳极，电极的阴极和阳极同轴式布置；所述的阴极呈陀螺状，一端开有内凹槽，内凹槽壁端面有切向旋流叶片，锥体前端面开有多个孔，多个孔呈梅花桩式分布，孔内镶嵌有发射体，A面为引弧面；所述的阳极呈圆柱状，阳极基座入口一端呈喇叭口，中部开有通孔，通孔内镶嵌有遮热罩，遮热罩外端面一端设有旋流叶片。优点：该气冷等离子电极具有结构简单、启弧成功率高、运行稳定、热效率高、实用性强、使用寿命长等优点；适用于大功率等离子发生器，长时间无冷却液冷却工作；打破之前大功率等离子发生器电极必须有冷却液冷却的传统认识或偏见。

Description

一种气冷等离子电极

技术领域

本发明涉及一种等离子发生器电极，尤其是一种气冷等离子的电极。

背景技术

电弧等离子现在广泛应用于煤粉锅炉的电弧等离子点火、等离子切割加工、等离子喷涂等领域，但是大功率等离子发生器的电极都采用水冷却电极。传统的等离子电极工作温度高，除了小功率的、间断工作的切割和焊接的等离子可以采用气冷外，大功率等离子电极长期工作必须使用液冷。液冷等离子电极的结构复杂、可靠性差，小功率的切割和焊接的气冷等离子电极使用寿命通常在2~5小时，基本无法超越5小时。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、可靠性高、热效率高、使用寿命长的气冷等离子电极。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：该气冷等离子电极包括：阴极和阳极，所述的阴极一端开有内凹槽，内凹槽壁端面有切向旋流叶片，锥体前端部开有多个孔，多孔呈梅花桩式分布；阳极呈柱状，阳极基座入口一端呈喇叭口，中部开有通孔，通孔内安装遮热罩，遮热罩前端有旋流叶片，阴极和阳极同轴布置。

所述的阴极呈陀螺状，前部为圆锥台体，后部为圆柱体，所述的阴极包括阴极基座和发射体，阴极基座采用高导电、高导热材料，发射体采用低电子逸出功材料，低电子逸出功的发射体镶嵌在圆锥台体前部的孔内。

所述的阴极圆柱体表面为阴极引弧面，引弧后电弧转到发射体上跳动运行。

所述的阳极包括：阳极基座和遮热罩，阳极基座为直管或为先收敛后扩散的拉瓦尔喷管式结构，遮热罩前端外端面的旋流叶片为轴向旋流叶片或切向旋流叶片，遮热罩与阳极本体中间通有冷却风。

所述的阳极的出口处有大于R5圆角或大于C5的倒角。

所述的阴极的外径小于阳极喉口直径。

所述的阳极和阴极配对使用；或者阳极和阴极单独使用。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明等离子电极不仅适用于气冷等离子发生器，同样适用于液冷等离子发生器。气冷等离子电极的阴极由阴极基座和发射体组成，阴极基座由高导电、高导热材料制成，发射体由低逸出功材料制成，低逸出功材料（如锆、铪）易发射电子，而导热性差，高导热性、高导电性材料（如铜）不易发射电子，采用丝状低逸出功材料镶嵌到高导电、高导热材料组成电极具有高导电、高导热、易发射电子的优点，采用丝状低逸出功材料为增加单位重量的接触面积，从而降低发射体的温度，从而形成长寿命阴极。

阳极由阳极基座和遮热罩组成，阳极基座由高导电、高导热材料制成，遮热罩阻挡电弧对阳极本体的热辐射和加快电弧旋转以降低阳极基座温度，阳极基座可以无液体冷却，采用气冷，解决了常规阳极烧偏、烧漏等问题，阳极基座可烧蚀量大，阳极基座可以长时间连续工作。

经过大量实验表明：没有冷却液的气冷等离子发生器电极由于没有电极烧漏的缺点，电极的可烧蚀量较大，可以达到比有冷却水条件下更长的使用寿命，实验室无液冷却气冷阴极寿命已达到300小时尚未烧坏，无冷却液气冷阳极已使用200小时尚未烧坏，这种测试结果大大超出了在原有理论和认识条件下的认知或预料；因此，打破之前大功率等离子发生器电极必须有冷却液冷却的传统认识或偏见，提供无冷却液气冷等离子电极，简化结构、提高寿命是现场急侍解决的问题。

与现有等离子电极相比，本发明的主要优点是：

1.电极启弧成功率高；

2.电极不需要冷却液冷却采用气冷可以长期稳定运行；

3.电极结构简单、实用性强、寿命长，安全性高；

4.电弧运行稳定性高；

5.使用本电极可以实现无冷却液冷却等离子发生器；

6.电热转化率高。

附图说明

图1为本发明的气冷等离子电极结构示意图。

图2为本发明的阳极实例一结构图。

图3为本发明的阳极实例二结构图。

图4（a）为本发明的阴极结构左视图。

图4（b）为本发明的阴极结构主视图。

图4（c）为本发明的阴极结构右视图。

图5（a）为本发明的遮热罩实例一结构左视图。

图5（b）为本发明的遮热罩实例一结构主视图。

图6（a）为本发明的遮热罩实例二结构左视图。

图6（b）为本发明的遮热罩实例二结构主视图。

图中：1、阴极；2、阳极；3、阳极基座一；4、遮热罩一；5、阳极基座二；6、遮热罩二；7、阴极基座；8、发射体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明：

本发明的气冷等离子电极包括：阴极和阳极，所述的阴极一端开有内凹槽，内凹槽壁端面有切向旋流叶片，锥体前端部开有多个孔，多孔呈梅花桩式分布；阳极呈柱状，阳极基座入口一端呈喇叭口，中部开有通孔，通孔内安装遮热罩，遮热罩前端有旋流叶片，阴极和阳极同轴布置。所述气冷等离子电极可以长时间无冷却液冷却工作；所述气冷等离子电极适用于大功率等离子发生器；所述气冷等离子电极的阴极和阳极同轴式布置；所述的阴极呈陀螺状，前部为圆锥台体，后部为圆柱体，所述的阴极包括阴极基座和发射体，阴极基座采用高导电、高导热材料，发射体采用低电子逸出功材料，低电子逸出功的发射体镶嵌在圆锥台体前部的孔内。所述的低逸出功材料有锆、铪。所述的阴极圆柱体表面为阴极引弧面，引弧后电弧转到发射体上跳动运行。所述的阳极包括：阳极基座和遮热罩，阳极基座为直管或为先收敛后扩散的拉瓦尔喷管式结构，遮热罩前端外端面的旋流叶片为轴向旋流叶片或切向旋流叶片，遮热罩与阳极本体中间通有冷却风。所述的阳极的出口处有大于R5圆角或大于C5的倒角。所述的阴极的外径小于阳极喉口直径。所述的阳极和阴极配对使用；或者阳极和阴极单独使用。

实施例1：如图1所示，气冷等离子电极，主要由阴极1、阳极2构成。阴极1呈陀螺状，阳极2呈柱状，中部开有通孔，入口一端呈喇叭口，阳极基座3为喷管式结构，阳极基座3（或阳极基座5）中心孔安装遮热罩4或遮热罩6，阴极1与阳极2之间最小间距处引弧，在阴极A面上启弧，启弧后电弧被吹到发射体8上，电弧在各个发射体8上跳动发射电弧，发射体8逸出功低，阴极1发热量小，且在不同发射体上跳动，阴极基座1上切向叶片起到使气流旋转和散热作用，电弧落在阳极2端面上并在阳极端面上旋转，阳极2中遮热罩4或遮热罩5隔绝电弧辐射热降低阳极2的温度，且遮热罩4或遮热罩5上旋流叶片增加电弧旋转强度。

图2为阳极2的结构形式，所述的阳极2包含阳极本体和遮热罩，阳极本体是拉瓦尔喷管式结构，中心装有遮热罩，遮热罩旋流叶片可以是轴向叶片，旋向，左旋与右旋均可。

图4所示为阴极1的结构形式，所述的阴极1包括呈陀螺状的阴极基座7，阴极基座7一端开有内凹槽，内凹槽壁端面有切向旋流叶片，阴极基座7的锥体前部开有多个孔，多孔呈梅花桩式布置，孔内镶嵌有低电子逸出功的发射体8。

图5为遮热罩的结构形式，遮热罩前端带有旋流叶片，遮热罩一4和阳极本体一3配合使用，所述的阳极2包含阳极基座3和遮热罩一4，阳极基座一3入口一段呈喇叭口，中部开有通孔，通孔内镶嵌有遮热罩一4，遮热罩一4前端设有切向旋流叶片。

实施例2：图3为阳极2的结构形式，是切向叶片，旋向为右旋或者是左旋。

图6为遮热罩的结构形式，遮热罩前端带有旋流叶片，遮热罩二6和阳极本体二5配合使用。所述的阳极2包含阳极基座二5和遮热罩二6，阳极基座二5入口一段呈喇叭口，中部开有通孔，通孔内镶嵌有遮热罩二6，遮热罩二6前端设有轴向旋流叶片。

其它与实施例1同。

Claims (5)

1.一种气冷等离子电极，其特征在于：该气冷等离子电极包括：阴极和阳极，所述的阴极一端开有内凹槽，内凹槽壁端面有切向旋流叶片，锥体前端部开有多个孔，多孔呈梅花桩式分布；阳极呈柱状，阳极基座入口一端呈喇叭口，中部开有通孔，通孔内安装遮热罩，遮热罩前端有旋流叶片，阴极和阳极同轴布置；

所述的阴极圆柱体表面为阴极引弧面，引弧后电弧转到发射体上跳动运行；

所述的阳极的出口处有大于R5圆角或大于C5的倒角。

2.根据权利要求1所述的一种气冷等离子电极，其特征在于：所述的阴极呈陀螺状，前部为圆锥台体，后部为圆柱体，所述的阴极包括阴极基座和发射体，阴极基座采用高导电、高导热材料，发射体采用低电子逸出功材料，低电子逸出功的发射体镶嵌在圆锥台体前部的孔内。

3.据权利要求1所述的一种气冷等离子电极，其特征在于：所述的阳极包括：阳极基座和遮热罩，阳极基座为直管或为先收敛后扩散的拉瓦尔喷管式结构，遮热罩前端外端面的旋流叶片为轴向旋流叶片或切向旋流叶片，遮热罩与阳极本体中间通有冷却风。

4.据权利要求1所述的一种气冷等离子电极，其特征在于：所述的阴极的外径小于阳极喉口直径。

5.据权利要求1所述的一种气冷等离子电极，其特征在于：所述的阳极和阴极配对使用；或者阳极和阴极单独使用。