CN109587923B - 一种等离子体炬用的水电气分流装置 - Google Patents

一种等离子体炬用的水电气分流装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109587923B
CN109587923B CN201811574944.4A CN201811574944A CN109587923B CN 109587923 B CN109587923 B CN 109587923B CN 201811574944 A CN201811574944 A CN 201811574944A CN 109587923 B CN109587923 B CN 109587923B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electromagnetic coil
cooling
gas
water
isolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811574944.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109587923A (zh
Inventor
韩先伟
张晰哲
张志豪
贾桂友
魏建国
王妍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aerospace Propulsion Institute
Original Assignee
Xian Aerospace Propulsion Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aerospace Propulsion Institute filed Critical Xian Aerospace Propulsion Institute
Priority to CN201811574944.4A priority Critical patent/CN109587923B/zh
Publication of CN109587923A publication Critical patent/CN109587923A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109587923B publication Critical patent/CN109587923B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/28—Cooling arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一种等离子体炬用的水电气分流装置，由电极、隔离分流装置、电磁线圈、壳体由内到外依次套装；电极阳极连接外部电源的正极，电极阴极通过壳体连接外部电源的负极；阳极和阴极之间设置隔离空腔，阴极为空心圆柱体，空心圆柱体的一端连接隔离空腔；电磁线圈和壳体之间的空腔作为电离介质气体输送管路，隔离分流装置上设置有冷却分流通道和电离介质气体管路；外部电离介质气体依次流入输送管路、电离介质气体管路，然后切向流入隔离空腔形成螺旋气流；外部冷却水通过冷却分流通道冷却电磁线圈和电极；阳极和阴极之间产生电弧，电弧击穿螺旋气流形成电弧等离子体射流。本发明结构简单，可以实现电离介质气体、冷却水和电隔离和分流。

Description

一种等离子体炬用的水电气分流装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体炬用的水电气分流装置，属于直流电弧等离子体炬领域。
背景技术
目前影响大功率等离子体炬工程应用、工作可靠性和使用维护成本的主要因素结构复杂、拆装工艺性差的和现场适应性差，而操作适用性和工作可靠性的核心问题是等离子体炬的产品零件多、冷却效果差和系统接口多。现有等离子体炬一般阴极、阳极、线圈分别采用各自单独的冷却通道，电离工质气体还有需要单独的喷注器，导致系统结构复杂，参数匹配性无法保证，使得可靠性和和适应性低，使用维护成本高。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种等离子体炬用的水电气分流装置，解决了利用简单结构实现电弧等离子体炬用电离介质气体、冷却水和电隔离和分流的问题。
本发明的技术方案是：
一种等离子体炬用的水电气分流装置，包括：电极、隔离分流装置、电磁线圈、壳体；
所述电极、隔离分流装置、电磁线圈、壳体由内到外依次套装；
所述电极包括阳极、阴极；所述阳极连接外部电源的正极，所述阴极通过所述壳体连接外部电源的负极；所述阳极和阴极之间设置隔离空腔，所述阴极为空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端连接所述隔离空腔；
所述电磁线圈和壳体之间的空腔作为电离介质气体输送管路，所述隔离分流装置上设置有冷却分流通道和电离介质气体管路；
外部电离介质气体依次流入所述输送管路、电离介质气体管路，然后切向流入所述隔离空腔形成螺旋气流；外部冷却水通过所述冷却分流通道冷却电磁线圈和所述电极；
所述阳极和阴极之间产生电弧，所述电弧击穿所述螺旋气流形成电弧等离子体射流。
所述电磁线圈缠绕在所述隔离分流装置的外壁上；
所述电磁线圈采用铜管缠绕而成，所述铜管内流通冷却水。
所述隔离分流装置为沿轴线方向开有阶梯孔的圆柱体，所述阶梯孔依次为第一圆孔、第二圆孔和第三圆孔；所述电磁线圈包括：电磁线圈A、电磁线圈B和线圈连接管路；
所述第二圆孔的内径和所述电极的外径配合；
冷却分流通道包括：电极冷却分流通道、第一冷却分流通道和第二冷却分流通道；
所述第一冷却分流通道连通所述第一圆孔与所述电磁线圈A；
所述电磁线圈A通过线圈连接管路连接所述电磁线圈B；
所述第二冷却分流通道连通所述电磁线圈B和所述第三圆孔。
所述电极冷却分流通道连通所述第一圆孔和所述第三圆孔。
所述电离介质气体管路连通所述电离介质气体输送管路和所述隔离空腔，所述电离介质气体管路的轴线与所述隔离空腔的腔壁相切。
所述螺旋气流与电磁线圈产生的磁场方向满足右手定则。
所述螺旋气流的轨迹为柱面螺旋线。
所述隔离分流装置的材料为三氧化二铝陶瓷材料。
所述外部电离气体气体为空气、氮气或氢气中的一种或任意一种惰性气体，所述电离介质气体的气压范围为0.2MPa～0.7MPa。
所述冷却水为去离子水，所述冷却水的供应压力取值范围为0.2MPa～0.8MPa。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)通过隔离分流装置，实现了电极、电磁线圈和壳体的高效冷却，大大简化了冷却结构。
(2)通过简单结构实现电离工质气体、冷却水和电的隔离和分流问题，使等离子体炬的整体体积和重量大大降低，提高了等离子体炬的可靠性，维护成本也进一步降低。
(3)使用纯铜管缠绕成电磁线圈，铜管内通入冷却水，可以使电磁线圈可耐受的电流大大提高，进一步提高电磁线圈所产生磁场的强度，增强磁场对电弧和等离子体射流约束，实现等离子体炬高能量转换和长寿命工作。
附图说明
图1为本发明水电气分流装置轴向剖视图；
图2为图1中A-A截面剖视图；
图3为图1中B-B截面剖视图。
具体实施方式
本发明通过一路冷却入口，实现多路冷却，液路在通道内部通过节流通道分流，既为附加电磁线圈进行冷却，也为电极提供冷却流量；隔离分流装置的液路和气路通过三维流道设计，实现气液隔离，同时实现冷却水的流量分配和电离气体工质的旋流供给；并采用电绝缘性能优良、加工性能好的陶瓷材料实现了电极之间的高压绝缘，极大简化了结构设计，减小了结构尺寸，提高了工作可靠性和现场适应性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明一种等离子体炬用的水电气分流装置，包括：电极、隔离分流装置11、电磁线圈、壳体15、
所述电极、隔离分流装置11、电磁线圈、壳体15由内到外依次套装；
所述电极包括阳极3、阴极9；阳极3和阴极9为同轴管式电极。
所述阳极3通过正极电缆17连接外部电源的正极，所述阴极9通过所述壳体15连接外部电源的负极并接地处理；所述阳极3和阴极9之间设置隔离空腔，所述阴极9为空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端连接所述隔离空腔；
所述电磁线圈和壳体15之间的空腔作为电离介质气体输送管路，所述隔离分流装置11上设置有冷却分流通道和电离介质气体管路18，如图3所示；
外部电离介质气体依次流入所述输送管路、电离介质气体管路18，然后切向流入所述隔离空腔形成螺旋气流；外部冷却水通过所述冷却分流通道冷却电磁线圈和所述电极；
所述阳极3和阴极9之间产生电弧，所述电弧击穿所述螺旋气流形成电弧等离子体射流。
所述电磁线圈缠绕在所述隔离分流装置11的外壁上；所述电磁线圈采用铜管缠绕而成，所述铜管内流通冷却水。
冷却水流体方向和电离介质气体流通方向13如图1所示。
所述隔离分流装置11为沿轴线方向开有阶梯孔的圆柱体，所述阶梯孔依次为第一圆孔、第二圆孔和第三圆孔；所述电磁线圈包括：电磁线圈A2、电磁线圈B7和线圈连接管路16；所述第二圆孔的内径和所述电极的外径配合；
冷却分流通道包括：电极冷却分流通道5、第一冷却分流通道4和第二冷却分流通道8；所述第一冷却分流通道4连通所述第一圆孔与所述电磁线圈A2；
所述电磁线圈A2通过线圈连接管路16连接所述电磁线圈B7；所述第二冷却分流通道8连通所述电磁线圈B7和所述第三圆孔。所述电极冷却分流通道5连通所述第一圆孔和所述第三圆孔，如图2所示，多个电极冷却分流通道5周向均布。
所述电离介质气体管路18连通所述电离介质气体输送管路和所述隔离空腔，所述电离介质气体管路18的轴线与所述隔离空腔的腔壁相切。
所述螺旋气流与电磁线圈产生的磁场方向满足右手定则。所述螺旋气流的轨迹为柱面螺旋线。
所述隔离分流装置11采用电绝缘性能优良、加工性能好的三氧化二铝陶瓷材料，实现介质流量分配和高压绝缘。
所述外部电离气体气体为空气、氮气或氢气中的一种或任意一种惰性气体，所述电离介质气体的气压范围为0.2MPa～0.7MPa。
所述冷却水为去离子水，所述冷却水的供应压力取值范围为0.2MPa～0.8MPa。
优选的，壳体15和所述电磁线圈之间设置有内衬套14，内衬套14是一个树脂纤维的圆筒结构，套在电磁线圈外侧，内衬套14与壳体15之间形成夹层，冷却完电极和线圈的冷却水进入夹层用于对壳体15进行冷却。
如图1所示，水电气分流装置左端设置有电磁线圈支架A1；电磁线圈支架A1为端面开有通孔的法兰结构，所述通孔作为外部冷却水流入所述第一圆孔的冷却水入口12，冷却水为去离子水，入口压力在0.2MPa～0.8MPa之间。同时，隔离分流装置11和壳体15底部之间设置有电磁线圈支架B10，电磁线圈支架B10为空心圆柱体，所述圆柱体的内径大于第三通孔的孔径。
所述隔离空腔上开有电离介质气体切向入口6，如图3所示，用于使外部电离介质气体切向流入，形成螺旋气流。
外部电源的输入功率范围为20～1000kW，电流的取值范围为50～1200A。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种等离子体炬用的水电气分流装置，其特征在于，包括：电极、隔离分流装置(11)、电磁线圈、壳体(15)；
所述电极、隔离分流装置(11)、电磁线圈、壳体(15)由内到外依次套装；
所述电极包括阳极(3)、阴极(9)；所述阳极(3)连接外部电源的正极，所述阴极(9)通过所述壳体(15)连接外部电源的负极；所述阳极(3)和阴极(9)之间设置隔离空腔，所述阴极(9)为空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端连接所述隔离空腔；
所述电磁线圈和壳体(15)之间的空腔作为电离介质气体输送管路，所述隔离分流装置(11)上设置有冷却分流通道和电离介质气体管路(18)；
外部电离介质气体依次流入所述输送管路、电离介质气体管路(18)，然后切向流入所述隔离空腔形成螺旋气流；外部冷却水通过所述冷却分流通道冷却电磁线圈和所述电极；
所述阳极(3)和阴极(9)之间产生电弧，所述电弧击穿所述螺旋气流形成电弧等离子体射流；
所述电磁线圈缠绕在所述隔离分流装置(11)的外壁上；
所述电磁线圈采用铜管缠绕而成，所述铜管内流通冷却水；
所述隔离分流装置(11)为沿轴线方向开有阶梯孔的圆柱体，所述阶梯孔依次为第一圆孔、第二圆孔和第三圆孔；所述电磁线圈包括：电磁线圈A(2)、电磁线圈B(7)和线圈连接管路(16)；
所述第二圆孔的内径和所述电极的外径配合；
冷却分流通道包括：电极冷却分流通道(5)、第一冷却分流通道(4)和第二冷却分流通道(8)；
所述第一冷却分流通道(4)连通所述第一圆孔与所述电磁线圈A(2)；
所述电磁线圈A(2)通过线圈连接管路(16)连接所述电磁线圈B(7)；
所述第二冷却分流通道(8)连通所述电磁线圈B(7)和所述第三圆孔；
所述电极冷却分流通道(5)连通所述第一圆孔和所述第三圆孔。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体炬用的水电气分流装置，其特征在于，所述电离介质气体管路(18)连通所述电离介质气体输送管路和所述隔离空腔，所述电离介质气体管路(18)的轴线与所述隔离空腔的腔壁相切。
3.根据权利要求1或2所述的一种等离子体炬用的水电气分流装置，其特征在于，所述螺旋气流与电磁线圈产生的磁场方向满足右手定则。
4.根据权利要求3所述的一种等离子体炬用的水电气分流装置，其特征在于，所述螺旋气流的轨迹为柱面螺旋线。
5.根据权利要求4所述的一种等离子体炬用的水电气分流装置，其特征在于，所述隔离分流装置(11)的材料为三氧化二铝陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的一种等离子体炬用的水电气分流装置，其特征在于，所述外部电离气体为空气、氮气或氢气中的一种或任意一种惰性气体，所述电离介质气体的气压范围为0.2MPa～0.7MPa。
7.根据权利要求6所述的一种等离子体炬用的水电气分流装置，其特征在于，所述冷却水为去离子水，所述冷却水的供应压力取值范围为0.2MPa～0.8MPa。
CN201811574944.4A 2018-12-21 2018-12-21 一种等离子体炬用的水电气分流装置 Active CN109587923B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811574944.4A CN109587923B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种等离子体炬用的水电气分流装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811574944.4A CN109587923B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种等离子体炬用的水电气分流装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109587923A CN109587923A (zh) 2019-04-05
CN109587923B true CN109587923B (zh) 2020-11-06

Family

ID=65931301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811574944.4A Active CN109587923B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种等离子体炬用的水电气分流装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109587923B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW495555B (en) * 1999-08-18 2002-07-21 Nissin Electric Co Ltd Arc type evaporation source
CN101060060A (zh) * 2007-05-15 2007-10-24 西安交通大学 一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源
CN201172684Y (zh) * 2007-05-23 2008-12-31 上海大豪纳米材料喷涂有限公司 一种等离子喷涂枪
CN102123558A (zh) * 2010-12-22 2011-07-13 武汉天和技术股份有限公司 长寿命内空式阴极双压缩等离子体发生装置
KR20120040806A (ko) * 2010-10-20 2012-04-30 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 토치 전극의 유도코일 지지관 구조
CN103458602A (zh) * 2013-09-05 2013-12-18 南京理工大学 电极水冷一体化的超音速等离子体喷枪
CN203504871U (zh) * 2013-10-09 2014-03-26 核工业西南物理研究院 管式阴极电弧等离子体炬
CN104039064A (zh) * 2013-03-04 2014-09-10 Gs普兰斯特有限公司 中空非转移式等离子体炬
CN104602430A (zh) * 2015-02-02 2015-05-06 南京理工大学 输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪
CN104661349A (zh) * 2014-12-11 2015-05-27 中国航天空气动力技术研究院 高压低烧蚀管式电极
CN204362409U (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 航天神洁（北京）环保科技有限公司 一种双进气室等离子喷枪
CN204795821U (zh) * 2015-05-12 2015-11-18 四川大学 层流等离子体发生器
CN207235188U (zh) * 2017-09-30 2018-04-13 福州胜澳能源材料科技有限公司 一种纳米硅粉制备的加热装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWM495555U (zh) * 2014-10-21 2015-02-11 Asia Vital Components Co Ltd 薄型熱管結構

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW495555B (en) * 1999-08-18 2002-07-21 Nissin Electric Co Ltd Arc type evaporation source
CN101060060A (zh) * 2007-05-15 2007-10-24 西安交通大学 一种无电极射频感应耦合等离子体放电式原子源
CN201172684Y (zh) * 2007-05-23 2008-12-31 上海大豪纳米材料喷涂有限公司 一种等离子喷涂枪
KR20120040806A (ko) * 2010-10-20 2012-04-30 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원 플라즈마 토치 전극의 유도코일 지지관 구조
CN102123558A (zh) * 2010-12-22 2011-07-13 武汉天和技术股份有限公司 长寿命内空式阴极双压缩等离子体发生装置
CN104039064A (zh) * 2013-03-04 2014-09-10 Gs普兰斯特有限公司 中空非转移式等离子体炬
CN103458602A (zh) * 2013-09-05 2013-12-18 南京理工大学 电极水冷一体化的超音速等离子体喷枪
CN203504871U (zh) * 2013-10-09 2014-03-26 核工业西南物理研究院 管式阴极电弧等离子体炬
CN104661349A (zh) * 2014-12-11 2015-05-27 中国航天空气动力技术研究院 高压低烧蚀管式电极
CN204362409U (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 航天神洁（北京）环保科技有限公司 一种双进气室等离子喷枪
CN104602430A (zh) * 2015-02-02 2015-05-06 南京理工大学 输入功率可调的电弧加热等离子体喷枪
CN204795821U (zh) * 2015-05-12 2015-11-18 四川大学 层流等离子体发生器
CN207235188U (zh) * 2017-09-30 2018-04-13 福州胜澳能源材料科技有限公司 一种纳米硅粉制备的加热装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109587923A (zh) 2019-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110067712B (zh) 一种感生轴向磁场的磁等离子体推力器
CN107920411B (zh) 一种用于硅基材料加工的混合式等离子体发生器
CN110439770B (zh) 深度集成空心阴极的阳极层霍尔推力器
CN105407621B (zh) 一种紧凑型d‑d中子发生器
CN103260330B (zh) 一种多阴极中轴阳极电弧等离子体发生器
CN207560425U (zh) 一种用于硅基材料加工的混合式等离子体发生器
CN205124106U (zh) 一种紧凑型d-d中子发生器
US10178750B2 (en) High power DC non transferred steam plasma torch system
CN104505325A (zh) 一种高电压气体放电电子枪装置
CN109618483B (zh) 一种多弧等离子体发生器
CN104595139A (zh) 一种圆柱型会切磁场推力器
CN217002172U (zh) 一种射频离子推力器底部进气装置
US6525292B1 (en) Cartridge for a plasma torch and plasma torch fitted therewith
CN111570119A (zh) 一种螺旋波等离子枪头
CN109587923B (zh) 一种等离子体炬用的水电气分流装置
WO1988001126A1 (en) Electrode structure of a non-transfer-type plasma torch
CN109578233B (zh) 一种基于多阳极电极结构的烧蚀型脉冲等离子体推进器
CN109587917A (zh) 一种基于永磁铁约束的大功率长寿命等离子体炬
CN210474360U (zh) 一种大功率热阴极超声速等离子喷涂枪
CN210274655U (zh) 一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管
CN109743832B (zh) 一种大功率长寿命等离子体炬复合冷却装置及设计方法
CN105736271A (zh) 一种小口径霍尔推力器
RU2328096C1 (ru) Плазменная установка для напыления покрытий (варианты)
CN210068399U (zh) 一种感生轴向磁场的磁等离子体推力器
CN113896412B (zh) 一种用于光纤预制棒熔缩的等离子体加热炉

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant