CN110167247A - 一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，包含前电极喷管、后电极和环形绝缘件，前电极喷管沿轴向开设有一通孔，通孔包含喷管直段、若干级扩张段和喷管出口直段，若干级扩张段的扩张比逐级增大，若干级扩张段的扩张比小的一端端部与喷管直段一端直径相等并连接，若干级扩张段的扩张比大的一端端部与喷管出口直段的一端直径相等并连接，后电极的一端开有一沿轴向设置的盲孔，前电极喷管的一端和后电极的一端通过环形绝缘件绝缘连接，环形绝缘件上开有旋气入口。本发明增大了电弧烧蚀有效面积，提高电极寿命，同时等离子体射流比焓，射流平均温度也显著得到提高，大大增强了废弃物处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种电极喷管，特别是一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管。
背景技术
随着等离子体炬技术的应用和发展，等离子体技术已广泛进入实际应用领域，包括喷涂、切割、废弃物处理等行业。尤其是危险废弃物处理行业对等离子体炬提出了新的要求：大功率（300kW级以上），长寿命，高热效率，高稳定性。现有的空心电极电弧等离子体炬喷管结构一般采用直筒式结构或者具有台阶式直筒结构。电极寿命主要通过气旋和磁旋来提高。由于磁线圈笨重体积较大，增加了等离子体炬结构复杂程度，大大限制其大规模工业应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，提高电极寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：包含前电极喷管、后电极和环形绝缘件，前电极喷管沿轴向开设有一通孔，通孔包含喷管直段、若干级扩张段和喷管出口直段，若干级扩张段的扩张比逐级增大，若干级扩张段的扩张比小的一端端部与喷管直段一端直径相等并连接，若干级扩张段的扩张比大的一端端部与喷管出口直段的一端直径相等并连接，后电极的一端开有一沿轴向设置的盲孔， 前电极喷管的一端和后电极的一端通过环形绝缘件绝缘连接，环形绝缘件上开有旋气入口。
进一步地，所述若干级扩张段为若干级首尾连接的圆台形通孔，相邻的两级圆台形通孔中上一级圆台形通孔的较大的一端直径与下一级圆台形通孔的较小的一端直径相等并且相互连接，并且下一级圆台形通孔的扩张比大于上一级圆台形通孔的扩张比，扩张比为圆台形通孔的较大一端直径与较小一端直径的比例。
进一步地，所述后电极的一端和前电极喷管的一端均设置有与环形绝缘件匹配的凹槽，环形绝缘件设置在凹槽内并且前电极喷管的一端与后电极的一端端部不接触，环形绝缘件的厚度大于凹槽的宽度，当环形绝缘件设置在凹槽内时，前电极喷管的一端与后电极的一端之间留有间隙。
进一步地，所述环形绝缘件上开有若干个旋气入口，每个旋气入口沿环形绝缘件的圆形截面的切线方向设置，旋气入口的两端分别贯穿环形绝缘件的内环面和外环面，其中旋气入口的内环面的端部与前电极喷管与后电极之间间隙位置对应，若干个旋气入口沿环形绝缘件的周向等间距分布并且每个旋气入口的切线延伸方向均沿同一顺时针或逆时针方向设置。
进一步地，所述后电极的盲孔的端部和前电极喷管的喷管直段的另一端端部均设置有圆弧倒角的气流导入切口。
进一步地，还包含冷却机构。
进一步地，所述冷却机构包含前电极喷管冷却机构和后电极冷却机构。
进一步地，所述前电极喷管冷却机构包含前电极喷管冷却管，前电极喷管冷却管套设在前电极喷管外侧并且前电极喷管冷却管的内径大于前电极喷管的外径，前电极喷管冷却管的一端与环形绝缘件直径匹配并且前电极喷管冷却管的一端端部与环形绝缘件的一侧侧面固定连接，前电极喷管冷却管的另一端端部设置有沿着垂直于轴线方向向前电极喷管冷却管的内侧延伸的挡板结构，挡板结构内壁内径位于前电极喷管另一端的内外径之间，挡板结构内壁与前电极喷管另一端端面固定连接，前电极喷管冷却管的一端下侧开有前电极冷却水进口，前电极喷管冷却管的另一端上侧开有前电极冷却水出口。
进一步地，所述后电极冷却机构包含后电极冷却管和后电极冷水水入口管，后电极冷却管套设在后电极外侧并且后电极冷却管的内径大于后电极的外径，后电极冷却管的一端与环形绝缘件直径匹配并且后电极冷却管的一端端部与环形绝缘件的一侧侧面固定连接，后电极冷却管的另一端端部设置有沿着垂直于轴线方向向后电极冷却管的内侧延伸的挡板结构，后电极另一端端部外侧开有与后电极冷却水入口管匹配的凹槽，后电极冷水入口管的一端套设在后电极另一端端部的凹槽上并且与后电极固定连接，后电极冷却水入口管外径与挡板结构内径相等并且挡板结构内壁与后电极冷却水入口管固定连接，后电极冷却水入口管一端外侧开有与后电极冷却水管内腔连通的通孔，后电极冷却水入口管另一端端部为后电极冷却水入口，后电极喷管冷却管的一端上侧开有后电极冷却水出口。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明采用多级扩张段喷管作为等离子体炬前电极，以空气或者氮气作为工作气体，无需外加磁场，不仅可以增大电弧烧蚀有效面积，提高电极寿命；等离子体射流比焓，射流平均温度也显著得到提高，大大增强了废弃物处理效果。
附图说明
图1是本发明的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管的示意图。
图2是本发明的环形绝缘件的侧面剖视图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，包含前电极喷管1、后电极2和环形绝缘件3，前电极喷管1沿轴向开设有一通孔，通孔包含喷管直段4、若干级扩张段5和喷管出口直段6，若干级扩张段5的扩张比逐级增大，若干级扩张段5的扩张比小的一端端部与喷管直段4一端直径相等并连接，若干级扩张段5的扩张比大的一端端部与喷管出口直段6的一端直径相等并连接，后电极2的一端开有一沿轴向设置的盲孔7，前电极喷管1的一端和后电极2的一端通过环形绝缘件3绝缘连接，环形绝缘件3上开有旋气入口8。
若干级扩张段5为若干级首尾连接的圆台形通孔，相邻的两级圆台形通孔中上一级圆台形通孔的较大的一端直径与下一级圆台形通孔的较小的一端直径相等并且相互连接，并且下一级圆台形通孔的扩张比大于上一级圆台形通孔的扩张比，扩张比为圆台形通孔的较大一端直径与较小一端直径的比例。
后电极2的一端和前电极喷管1的一端均设置有与环形绝缘件3匹配的凹槽，环形绝缘件3设置在凹槽内并且前电极喷管1的一端与后电极2的一端端部不接触，环形绝缘件3的厚度大于凹槽的宽度，当环形绝缘件3设置在凹槽内时，前电极喷管1的一端与后电极3的一端之间留有间隙。环形绝缘件3上开有若干个旋气入口8，每个旋气入口8沿环形绝缘件3的圆形截面的切线方向设置，旋气入口8的两端分别贯穿环形绝缘件3的内环面和外环面，其中旋气入口8的内环面的端部与前电极喷管1与后电极2之间间隙位置对应，若干个旋气入口8沿环形绝缘件3的周向等间距分布并且每个旋气入口8的切线延伸方向均沿同一顺时针或逆时针方向设置。后电极2的盲孔7的端部和前电极喷管1的喷管直段4的另一端端部均设置有圆弧倒角的气流导入切口。
高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管还包含冷却机构。冷却机构包含前电极喷管冷却机构和后电极冷却机构。
前电极喷管冷却机构包含前电极喷管冷却管9，前电极喷管冷却管9套设在前电极喷管1外侧并且前电极喷管冷却管9的内径大于前电极喷管1的外径，前电极喷管冷却管9的一端与环形绝缘件3直径匹配并且前电极喷管冷却管9的一端端部与环形绝缘件3的一侧侧面固定连接，前电极喷管冷却管9的另一端端部设置有沿着垂直于轴线方向向前电极喷管冷却管9的内侧延伸的挡板结构，挡板结构内壁内径位于前电极喷管1另一端的内外径之间，挡板结构内壁与前电极喷管1另一端端面固定连接，前电极喷管冷却管9的一端下侧开有前电极冷却水进口10，前电极喷管冷却管9的另一端上侧开有前电极冷却水出口11。
后电极冷却机构包含后电极冷却管12和后电极冷水水入口管13，后电极冷却管12套设在后电极2外侧并且后电极冷却管12的内径大于后电极2的外径，后电极冷却管12的一端与环形绝缘件3直径匹配并且后电极冷却管12的一端端部与环形绝缘件3的一侧侧面固定连接，后电极冷却管12的另一端端部设置有沿着垂直于轴线方向向后电极冷却管12的内侧延伸的挡板结构，后电极2另一端端部外侧开有与后电极冷却水入口管13匹配的凹槽，后电极冷水入口管13的一端套设在后电极2另一端端部的凹槽上并且与后电极2固定连接，后电极冷却水入口管13外径与挡板结构内径相等并且挡板结构内壁与后电极冷却水入口管13固定连接，后电极冷却水入口管13一端外侧开有与后电极冷却水管12内腔连通的通孔，后电极冷却水入口管13另一端端部为后电极冷却水入口，后电极喷管冷却管13的一端上侧开有后电极冷却水出口14。
本发明的高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，后电极2与前电极喷管1为大功率等离子体炬的一部分，材质为无氧铜。前电极喷管1为阴极，后电极2为阳极，并且后电极与前电极喷管同轴设置。工作气体氮气与空气通过旋气环切向孔从旋气入口8进入电极腔室内。电弧15结合电极型面变化，调整周向旋气的进气大小，以及弧电流大小，控制电弧15在一级扩张段与二级扩张段之间移动，增大电弧贴附有效面积，提高电极寿命。可以避免电极弧根跳至等离子体炬外壳上，侵蚀等离子炬本体。调整等离子体工作参数，亦可实现具有高温，高焓等离子体射流。
本发明采用多级扩张段喷管作为等离子体炬前电极，以空气或者氮气作为工作气体，无需外加磁场，不仅可以增大电弧烧蚀有效面积，提高电极寿命；等离子体射流比焓，射流平均温度也显著得到提高，大大增强了废弃物处理效果。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：包含前电极喷管、后电极和环形绝缘件，前电极喷管沿轴向开设有一通孔，通孔包含喷管直段、若干级扩张段和喷管出口直段，若干级扩张段的扩张比逐级增大，若干级扩张段的扩张比小的一端端部与喷管直段一端直径相等并连接，若干级扩张段的扩张比大的一端端部与喷管出口直段的一端直径相等并连接，后电极的一端开有一沿轴向设置的盲孔， 前电极喷管的一端和后电极的一端通过环形绝缘件绝缘连接，环形绝缘件上开有旋气入口。
2.按照权利要求1所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：所述若干级扩张段为若干级首尾连接的圆台形通孔，相邻的两级圆台形通孔中上一级圆台形通孔的较大的一端直径与下一级圆台形通孔的较小的一端直径相等并且相互连接，并且下一级圆台形通孔的扩张比大于上一级圆台形通孔的扩张比，扩张比为圆台形通孔的较大一端直径与较小一端直径的比例。
3.按照权利要求1所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：所述后电极的一端和前电极喷管的一端均设置有与环形绝缘件匹配的凹槽，环形绝缘件设置在凹槽内并且前电极喷管的一端与后电极的一端端部不接触，环形绝缘件的厚度大于凹槽的宽度，当环形绝缘件设置在凹槽内时，前电极喷管的一端与后电极的一端之间留有间隙。
4.按照权利要求3所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：所述环形绝缘件上开有若干个旋气入口，每个旋气入口沿环形绝缘件的圆形截面的切线方向设置，旋气入口的两端分别贯穿环形绝缘件的内环面和外环面，其中旋气入口的内环面的端部与前电极喷管与后电极之间间隙位置对应，若干个旋气入口沿环形绝缘件的周向等间距分布并且每个旋气入口的切线延伸方向均沿同一顺时针或逆时针方向设置。
5.按照权利要求4所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：所述后电极的盲孔的端部和前电极喷管的喷管直段的另一端端部均设置有圆弧倒角的气流导入切口。
6.按照权利要求1所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：还包含冷却机构。
7.按照权利要求6所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：所述冷却机构包含前电极喷管冷却机构和后电极冷却机构。
8.按照权利要求7所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：所述前电极喷管冷却机构包含前电极喷管冷却管，前电极喷管冷却管套设在前电极喷管外侧并且前电极喷管冷却管的内径大于前电极喷管的外径，前电极喷管冷却管的一端与环形绝缘件直径匹配并且前电极喷管冷却管的一端端部与环形绝缘件的一侧侧面固定连接，前电极喷管冷却管的另一端端部设置有沿着垂直于轴线方向向前电极喷管冷却管的内侧延伸的挡板结构，挡板结构内壁内径位于前电极喷管另一端的内外径之间，挡板结构内壁与前电极喷管另一端端面固定连接，前电极喷管冷却管的一端下侧开有前电极冷却水进口，前电极喷管冷却管的另一端上侧开有前电极冷却水出口。
9.按照权利要求7所述的一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：所述后电极冷却机构包含后电极冷却管和后电极冷水水入口管，后电极冷却管套设在后电极外侧并且后电极冷却管的内径大于后电极的外径，后电极冷却管的一端与环形绝缘件直径匹配并且后电极冷却管的一端端部与环形绝缘件的一侧侧面固定连接，后电极冷却管的另一端端部设置有沿着垂直于轴线方向向后电极冷却管的内侧延伸的挡板结构，后电极另一端端部外侧开有与后电极冷却水入口管匹配的凹槽，后电极冷水入口管的一端套设在后电极另一端端部的凹槽上并且与后电极固定连接，后电极冷却水入口管外径与挡板结构内径相等并且挡板结构内壁与后电极冷却水入口管固定连接，后电极冷却水入口管一端外侧开有与后电极冷却水管内腔连通的通孔，后电极冷却水入口管另一端端部为后电极冷却水入口，后电极喷管冷却管的一端上侧开有后电极冷却水出口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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