CN105578697A - 一种新型双阳极等离子体炬 - Google Patents

一种新型双阳极等离子体炬 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种等离子体炬，具体涉及一种新型双阳极等离子体炬。它包括阴极送进机构、阴极头组件、第一阳极组件、第二阳极组件；阴极送进机构与阴极头组件连接，阴极头组件与第一阳极组件连接，第一阳极组件与第二阳极组件连接。本发明的优点是，阴极的烧损可随时补充，其补充量也可从送进机构上的标尺直接读出，等离子体炬的连续工作寿命加长。阴极头前面采用金属密封的方式，能可靠的密封冷却水，也方便更换螺旋冷却水套，同时可防止阴极头组件过热，因而大大延长等离子体炬的工作寿命。

Description

一种新型双阳极等离子体炬
技术领域
本发明属于一种新型双阳极等离子体炬，具体涉及一种具有阴极头前面采用阴极水套金属密封螺母、螺旋冷却水套、拉瓦尔喷管、磁场约束和自动阴极烧损补偿送进技术的一种新型双阳极等离子体炬。
背景技术
危险废物的安全处置方法很多，如填埋法、固化法、各种消毒法、化学处理法、生物技术法和热处理技术等等，其中热处理技术以其应用对象广泛、快速、高效、减量效果好在三废处理领域占了最大的市场。随着热处理技术的广泛应用和许多难处理或特殊的危险废物对处理效率的更高要求，常规的热处理技术已逐步出现不足之处。如体积大、安装费用高、粉尘大、飞灰难处理、热效率不高、不能经常开关等，特别是对于PCBs等特殊废物的处理，常规的热处理技术的处理效率很难达到国际规定的要求(如PCBs的消解效率必须大于99.9999％)，还有二噁英类物质二次污染的控制问题也日益引起人们的重视。发达国家的研究与应用表明，等离子体技术因其具有高温高导热特性，对污染物有很高的处理效率，尤其适合难处理的污物和有特殊要求的污染物，如PCBs、石棉废物、离子交换树脂废物，其先进性与优越性进一步显现出来，成为特种废物处理领域最有发展前途，最引人关注的高科技处理技术之一。
目前国内广泛用于处理特种废物的等离子体炬，大多由俄罗斯等离子体炬仿制，这种等离子体炬在其冷却、等离子体炬焰型和焰长以及阴极烧损的补充等方面存在明显缺陷，其使用寿命较短，根据实际测试，更换阴极头的周期平均为120小时，第二阳极喷管更换周期平均为1000小时。频繁地更换阴、阳极组件的零件，给实际使用带来许多不便，特别是在处理一些危险废物，如低放射性废物时，更会给操作者带来危险；另外，该等离子体炬的等离子体焰型呈长椭圆状，加热距离较短且制造费用较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型双阳极等离子体炬，它具有长寿命、长加热距离且制造费用较低的特点。
本发明是这样实现的，一种新型双阳极等离子体炬，它包括阴极送进机构、阴极头组件、第一阳极组件、第二阳极组件；阴极送进机构与阴极头组件连接，阴极头组件与第一阳极组件连接，第一阳极组件与第二阳极组件连接。
所述的阴极送进机构包括阴极送进机构底座，阴极送进机构电极螺母将阴极固定在阴极送进机构底座上，阴极送进机构底座上还安装有阴极送进机构电机座，阴极头组件内部套装有丝杠，丝杠连接电机丝杠连接轴，电机丝杠连接轴连接两相混合式步进电机，电机丝杠连接轴套有丝杠轴承。
所述的阴极组件为圆柱中空结构，它包括阴极头支撑座，阴极头支撑座内安装有阴极水套密封螺母，阴极水套密封螺母外套有阴极旋风环，阴极旋风环上部安装阴极头绝缘环，阴极螺旋冷却水套位于阴极旋风环和阴极头绝缘环中间，阴极头绝缘环上部为阴极组件，阴极组件的一端为冷却水进口，另一端为冷却水出口。
所述的第一阳极组件包括圆盘中空结构的第一阳极，第一阳极外部套有第一阳极水套，第一阳极水套下部通过螺栓和绝缘环锁紧盘安装有第一阳极与第二阳极绝缘环，第一阳极水套与第一阳极与第二阳极绝缘环之间还安装有第一极旋风环。
所述的第二阳极组件也为圆柱中空结构，它包括第二阳极拉瓦尔喷管，第二阳极拉瓦尔喷管外套有第二阳极水套，第二阳极水套外部下侧套有磁场线圈，第二阳极水套上部套有绝缘环锁紧螺母，第二阳极水套上的一侧开有进出水嘴，另一侧通过螺栓固定有电极二阳极。
本发明的优点是，阴极的烧损可随时补充，其补充量也可从送进机构上的标尺直接读出，等离子体炬的连续工作寿命加长。阴极头前面采用金属密封的方式，能可靠的密封冷却水，也方便更换螺旋冷却水套，同时可防止阴极头组件过热，因而大大延长等离子体炬的工作寿命。同时，由于不需要频繁更换阴极头，可降低运行费用；由于采用了螺旋冷水却套，增大了冷却套的表面积，极大的改善了等离子体炬的冷却效果，延长阴极头组件和第二阳极组件的密封零件的使用寿命，使等离子体炬的使用可靠性得到了加强。第二阳极(拉瓦尔)喷管也采用了螺旋线表面，以增大冷却表面积，因而极大的改善了第二阳极喷管冷却效果，有利于延长第二阳极喷管的使用寿命，降低运行费用；在第二阳极组件表面设置直流线圈，以此形成附加磁场，加强了对等离子体的约束，降低了等离子体对第二阳极喷管的烧蚀，并使等离子体焰呈长条型，加大了等离子体焰的长度，其等离子体焰的温度梯度更大，实际工作中可根据需要得到更多不同的温度区间。
附图说明
图1本发明所提供的一种新型双阳极等离子体炬结构示意图；
图2阴极送进机构结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4阴极头组件结构示意图；
图5第一阳极组件结构示意图；
图6第二阳极组件结构示意图。
图中：1阴极，2阴极送进机构底座，3阴极送进机构电极螺母，4阴极送进机构电机座，5电机丝杠连接轴，6两相混合式步进电机，7丝杠轴承，8丝杠，9阴极头支撑座，10阴极头绝缘环，11阴极组件，12阴极螺旋冷却水套，13阴极旋风环，14阴极水套金属密封螺母，15第一阳极与第二阳极绝缘环，16第一阳极水套，17第一阳极，18第一极旋风环，19绝缘环锁紧盘，20磁场线圈，21第二阳极水套，22第二阳极拉瓦尔喷管，23绝缘环锁紧螺母，101阴极送进机构，102阴极组件，103第一阳极组件，104第二阳极组件，105冷却水进口，106冷却水出口，107保护气进口，108进出水嘴，109电极二阳极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：
如图1所示，一种新型双阳极等离子体炬包括阴极送进机构101、阴极头组件102、第一阳极组件103、第二阳极组件104。在工作状态下，阴极与阴极头组件102处于可相对运动状态，阴极头组件102、第一阳极组件103、第二阳极组件104三者之间相互绝缘，并以螺纹连接件将三者紧密地连接在一起。阴极送进机构101与阴极头组件102连接。
一种新型双阳极等离子体炬，由一个阴极送进机构(图2所示)，一个阴极头组件(图4所示)，一个第一阳极组件(图5所示)，一个第二阳极组件(图6所示)组成，工作时还需配备等离子体炬电源。阴极送进机构101、阴极头组件102、第一阳极组件103和第二阳极组件104用螺纹联接件进行连接，联接时螺纹联接件外面均套有螺栓绝缘套，阴极头组件102通过阴极头支座2用阴极头绝缘环10与第一阳极组件103之间进行绝缘，第一阳极组件103用螺栓通过第一阳极与第二阳极绝缘环与第二阳极组件103之间进行连接。
阴极送进机构101它包括阴极送进机构底座2，阴极送进机构电极螺母3将阴极1固定在阴极送进机构底座2上，阴极送进机构底座2上还安装有阴极送进机构电机座4，阴极头组件102内部套装有丝杠8，丝杠8连接电机丝杠连接轴5，电机丝杠连接轴5连接两相混合式步进电机6，电机丝杠连接轴5套有丝杠轴承7。
阴极组件102为圆柱中空结构，它包括阴极头支撑座9，阴极头支撑座9内安装有阴极水套金属密封螺母14，阴极水套金属密封螺母14外套有阴极旋风环13，阴极旋风环13上部安装阴极头绝缘环10，阴极螺旋冷却水套12位于阴极旋风环13和阴极头绝缘环10中间，阴极头绝缘环10上部为阴极组件11，阴极组件11的一端为冷却水进口105，另一端为冷却水出口106。
阴极1位于阴极螺旋冷却水套中心，与阴极送进机构电极螺母3固定，通过丝杠8的旋转作用，阴极在阴极螺旋冷却套内沿轴向补充其烧损量。阴极头的冷却分为两部分，其一为水冷却，冷却水从进水口进入阴极头，通过阴极螺旋水套12，进行强制冷却将阴极1的热量带出，再由出水口引出。另一为气体冷却，保护气体从保护气体进口进入，通过保护气体旋风环，形成旋转气流，对阴极头起到冷却作用，同时，该气体也参与等离子体的产生，然后，通过第二阳极拉瓦尔喷管22，以等离子体焰的形式排出。另外阴极头头部用阴极水套金属密封螺母14进行金属密封，能可靠的密封冷却水，防止阴极头组件过热。
第一阳极组件103包括圆盘中空结构的第一阳极17，第一阳极17外部套有第一阳极水套16，第一阳极水套16下部通过螺栓和绝缘环锁紧盘19安装有第一阳极与第二阳极绝缘环15，第一阳极水套16与第一阳极与第二阳极绝缘环15之间还安装有第一极旋风环18。第一阳极水套16上的中心通孔为等离子体通道，冷却水从进水口进入第一阳极水套16，对第一阳极17进行冷却。工作气体从主进气口进入，通过第一阳极旋风环18，形成旋转气流，当等离子体由阴极与第一阳极转移到第二阳极时，在阴极与第二阳极电压的作用下，该旋转气流被电离，形成等离子体焰。
第二阳极组件104也为圆柱中空结构，它包括第二阳极拉瓦尔喷管22，第二阳极拉瓦尔喷管22外套有第二阳极水套21，第二阳极水套21外部下侧套有磁场线圈20，第二阳极水套21上部套有绝缘环锁紧螺母23，第二阳极水套21上的一侧开有进出水嘴108，另一侧通过螺栓固定有电极二阳极109。
中心为第二阳极拉瓦尔喷管22，在阴极与第二阳极电压的作用下，被电离的旋转气流所形成等离子体焰，在这里先被压缩，形成高温、高压等离子体，通过拉瓦尔喷管22的喉部后，使等离子体气体以音速或接近音速的速度喷出等离子体炬枪口。在第二阳极水套21的外围，为圆环柱形直流线圈20，工作时炬电源通过线圈产生磁场，磁场对等离子体产生箍缩作用，使其形成的等离子体焰为细而长的形态。第二阳极的冷却水从进水口进入，经过第二阳极水套21，对第二阳极拉瓦尔喷管22进行强制冷却，然后由出水口导出。为保证水和气体在工作中不致泄漏，在相应位置都有密封件进行密封。
本发明的技术特征如下：
①在送进机构的螺旋丝杠作用下，阴极在阴极头组件内沿轴向补充其烧损量；
②阴极头组件内设置螺旋冷却水套，冷却水强制冷却螺旋冷却套并吸收阴极在工作时所产生的热量；
③阴极头组件头部采用金属密封结构，可有效的对冷却水进行密封和方便的更换螺旋冷却水套并防止阴极头组件过热；
④第二阳极组件上设置带有螺旋槽表面的拉瓦尔喷管，可使等离子气体以音速或接近音速的速度喷出等离子体炬枪口；
⑤第二阳极组件带有螺旋槽表面的拉瓦尔喷管与冷却水套配合，强制冷却第二阳极组件同时具有一定约束等离子体的作用；
⑥第二阳极组件表面设置的直流线圈所产生的磁场，约束等离子体，降低了等离子体对第二阳极喷管的烧蚀，并延长等离子体焰长度，加大了等离子体焰的温度梯度。
本发明的工作原理如下：工作时，将等离子体炬的阴极1通过阴极送进机构电极螺母3、第一阳极组件、第二阳极组件与等离子体电源相应电极相联接，将冷却水与阴极组件、第一阳极组件、第二阳极组件的进出水口相联接，同时将保护气体由保护气体进口导入阴极头组件内，工作气体由主气进口导入体第一阳极组件内。在调整好冷却水流量和保护气体及工作气体流量后，启动等离子体电源，等离子体炬即可进入工作状态。

Claims (5)

1.一种新型双阳极等离子体炬，其特征在于：它包括阴极送进机构(101)、阴极头组件(102)、第一阳极组件(103)、第二阳极组件(104)；阴极送进机构(101)与阴极头组件(102)连接，阴极头组件(102)与第一阳极组件(103)连接，第一阳极组件(103)与第二阳极组件(104)连接。
2.如权利要求1所述的一种新型双阳极等离子体炬，其特征在于：所述的阴极送进机构(101)包括阴极送进机构底座(2)，阴极送进机构电极螺母(3)将阴极(1)固定在阴极送进机构底座(2)上，阴极送进机构底座(2)上还安装有阴极送进机构电机座(4)，阴极头组件(102)内部套装有丝杠(8)，丝杠(8)连接电机丝杠连接轴(5)，电机丝杠连接轴(5)连接两相混合式步进电机(6)，电机丝杠连接轴(5)套有丝杠轴承(7)。
3.如权利要求1所述的一种新型双阳极等离子体炬，其特征在于：所述的阴极组件(102)为圆柱中空结构，它包括阴极头支撑座(9)，阴极头支撑座(9)内安装有阴极水套金属密封螺母(14)，阴极水套金属密封螺母(14)外套有阴极旋风环(13)，阴极旋风环(13)上部安装阴极头绝缘环(10)，阴极螺旋冷却水套(12)位于阴极旋风环(13)和阴极头绝缘环(10)中间，阴极头绝缘环(10)上部为阴极组件(11)，阴极组件(11)的一端为冷却水进口(105)，另一端为冷却水出口(106)。
4.如权利要求1所述的一种新型双阳极等离子体炬，其特征在于：所述的第一阳极组件(103)包括圆盘中空结构的第一阳极(17)，第一阳极(17)外部套有第一阳极水套(16)，第一阳极水套(16)下部通过螺栓和绝缘环锁紧盘(19)安装有第一阳极与第二阳极绝缘环(15)，第一阳极水套(16)与第一阳极与第二阳极绝缘环(15)之间还安装有第一极旋风环(18)。
5.如权利要求1所述的一种新型双阳极等离子体炬，其特征在于：所述的第二阳极组件(104)也为圆柱中空结构，它包括第二阳极拉瓦尔喷管(22)，第二阳极拉瓦尔喷管(22)外套有第二阳极水套(21)，第二阳极水套(21)外部下侧套有磁场线圈(20)，第二阳极水套(21)上部套有绝缘环锁紧螺母(23)，第二阳极水套(21)上的一侧开有进出水嘴(108)，另一侧通过螺栓固定有电极二阳极(109)。
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