CN110213873A - 一种用于电弧等离子体发生器的水电联接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，包括：进水接嘴、正极水电联接器、负极水电联接器、回水接嘴、第一水浸电缆、第二水浸电缆、负极输出接口、若干个磁环和正极输出接口；其中，进水接嘴和正极输出接口分别与正极水电联接器相连接，回水接嘴和负极输出接口分别与负极水电联接器相连接，正极输出接口的开放端和第二水浸电缆连接，负极输出接口的开放端与第一水浸电缆连接，若干个磁环套设于负极水电联接器的直段上。本发明实现了电弧等离子体发生器与直流供电线缆、冷却水管道、高频电压线缆的集成连接，降低对其结构和强度的要求。
Description
技术领域
本发明属于电弧等离子体技术领域，尤其涉及一种用于电弧等离子体发生器的水电联接装置。
背景技术
等离子体被认为是独立于固态、液态和气态的物质的第四状态，等离子体具有温度高(核心温度可达104K)、活性高(包含原子、原子团、离子和电子等)、气氛可控且纯净(Ar、空气、H2、N2、CO2等多种工作气体可选择)等特点，利用其特有的优势，可用于进行常规加热方式温度难以达到要求、利用其活性加速化学转换、对加热或反应有特定需求等场合，目前等离子体技术广泛应用于机械加工领域(等离子切割、等离子焊接、等离子喷涂等)、材料科学领域(难容金属制备、金属陶瓷粉末的制备等)、冶金工业领域(金属和合金的冶炼、精炼和提纯等)、环保领域(等离子体废弃物处理)、化工领域(等离子体还原硅、等离子体裂解油或甲烷制取乙炔)等多个领域。
放电电离方法是工业应用和实验室中最长采用的产生等离子体的方法，所谓放电电离方法，即在电场作用下，用气体放电产生等离子体。直流电弧等离子体是目前工业应用中最常采用的一种放电电离的型式，即在两个电极间产生电弧，从电极缝隙间通过的工作气体在电弧产生的焦耳热的作用下发生电离从而形成等离子体，产生直流电弧等离子体的设备称之为直流电弧等离子体发生器。
直流电流是直流电弧等离子体发生器产生的必要条件，但随着发生器功率的增加，需要提高直流电流，目前传导直流大电流多采用传统硬线电缆，电缆较粗且不易弯折，因此目前较大功率的电弧等离子体发生器往往需要设计满足强度和空间的与硬电缆连接的结构。与此同时，由于发生器电极需要承受弧室内高温等离子体气流产生的高热流密度以及弧根的烧蚀，必须依靠冷却水对电极进行冷却，否则电极将在极短时间内被烧损，因此电弧等离子体发生器还需要设计冷却水的进水和回水结构并与外部供水管道和回水管道连接。另外，目前最常见的固定间隙式电弧等离子发生器多采用高频电压起弧，因此还需设计与高频电压线连接的结构。由此可见，为实现电弧等离子体发生器的稳定工作和运行，往往需要连接直流电流硬电缆、冷却水管道、高频电压线缆等多只管、线，容易导致发生器结构冗杂，强度要求高，安装和连接空间要求高等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，实现了电弧等离子体发生器与直流供电线缆、冷却水管道、高频电压线缆的集成连接，降低对其结构和强度的要求。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，包括：进水接嘴、正极水电联接器、负极水电联接器、回水接嘴、第一水浸电缆、第二水浸电缆、负极输出接口、若干个磁环和正极输出接口；其中，进水接嘴和正极输出接口分别与正极水电联接器相连接，回水接嘴和负极输出接口分别与负极水电联接器相连接，正极输出接口的开放端和第二水浸电缆连接，负极输出接口的开放端与第一水浸电缆连接，若干个磁环套设于负极水电联接器的直段上。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述第一水浸电缆包括第一外套螺母、第一球头内芯、第一中心导线、第一绝缘外层、第二外套螺母和第二球头内芯；其中，第一外套螺母与第一球头内芯相连接；第一球头内芯与第一中心导线的一端相连接；第二球头内芯与第一中心导线的另一端相连接；第二外套螺母与第二球头内芯相连接；第一绝缘外层的一端套设于第一球头内芯，第一绝缘外层的另一端套设于第二球头内芯。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述第二水浸电缆包括第三外套螺母、第三球头内芯、第二中心导线、第二绝缘外层、第四外套螺母和第四球头内芯；其中，第三外套螺母与第三球头内芯相连接；第三球头内芯与第二中心导线的一端相连接；第四球头内芯与第二中心导线的另一端相连接；第四外套螺母与第四球头内芯相连接；第二绝缘外层的一端套设于第三球头内芯，第二绝缘外层的另一端套设于第四球头内芯。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述负极输出接口与负极水电联接器的直段焊接；其中，负极输出接口的中心轴线与直段的中心轴线相重合。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述正极水电联接器为铜材料，内部设置有第一水通道，所述正极水电联接器的上部分别与直流电流正极硬电缆和L端高频交流电缆相连接。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述负极水电联接器为铜材料，内部设置有第二水通道，直流电流负极硬电缆与所述负极水电联接器的上部相连接，N端高频交流电缆与直段相连接，其中，N端高频交流电缆位于磁环的下部。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述磁环数量为3～10个。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述第一中心导线为单芯多股软铜线，截面积为1～6mm2。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，所述第二中心导线为单芯多股软铜线，截面积为1～6mm2。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，第一绝缘外层内充有循环去离子水，去离子水电导率≤5μS/cm。
上述用于电弧等离子体发生器的水电联接装置中，第二绝缘外层内充有循环去离子水，去离子水电导率≤5μS/cm。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明的水浸电缆的中心导线由于浸泡于流动的去离子水中，对导线起到良好的冷却作用，与传统电缆相比，在同样电流条件下，大幅度降低了导线的直径，提高了导线的柔性，连接更加灵活，降低了对等离子体发生器连接部分强度和连接空间的要求。
(2)本发明通过在负极直通段布置磁环的方式增加对高频交流电的阻抗，代替常用的对直流电缆盘绕数圈的方式，减少了直流电缆长度，同时可通过磁环数量调整阻抗大小，调节方便。
(3)本发明的直流电、高频电压和冷却水全部联接后仅通过水浸电缆与电弧等离子发生器进行连接和作用，实现了冷却水管道、直流电缆线、高频交流线的“三合一”，可以实现电弧等离子发生器结构的精细化和简单化。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的第一水浸电缆的示意图；
图3是本发明实施例提供的第二水浸电缆的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置的结构示意图。如图1所示，该用于电弧等离子体发生器的水电联接装置包括：进水接嘴1、正极水电联接器2、负极水电联接器3、回水接嘴4、第一水浸电缆5、第二水浸电缆520、负极输出接口6、若干个磁环7和正极输出接口8。其中，
进水接嘴1和正极输出接口8分别与正极水电联接器2相连接，回水接嘴4和负极输出接口6分别与负极水电联接器相连接，正极输出接口8的开放端和第二水浸电缆520连接，负极输出接口6的开放端与第一水浸电缆5连接，若干个磁环7套设于负极水电联接器3的直段31上。第二水浸电缆520与电弧等离子体发生器的阳极连接，第一水浸电缆5与电弧等离子体发生器的阴极连接。
磁环7的作用是增加对高频交流电的阻抗，保证高频交流电压施加在等离子发生器的阳极和阴极之间，避免其逆向施加到直流电源处，磁环7的数量为3～10个。
图2是本发明实施例提供的第一水浸电缆的示意图。如图2所示，该第一水浸电缆5包括第一外套螺母51、第一球头内芯52、第一中心导线53、第一绝缘外层54、第二外套螺母55和第二球头内芯56。其中，
第一外套螺母51与第一球头内芯52相连接；第一球头内芯52与第一中心导线53的一端相连接；第二球头内芯56与第一中心导线53的另一端相连接；第二外套螺母55与第二球头内芯56相连接；第一绝缘外层54的一端套设于第一球头内芯52，第一绝缘外层54的另一端套设于第二球头内芯56。
图3是本发明实施例提供的第二水浸电缆的示意图。如图3所示，第二水浸电缆包括第三外套螺母521、第三球头内芯522、第二中心导线523、第二绝缘外层524、第四外套螺母525和第四球头内芯526。其中，
第三外套螺母521与第三球头内芯522相连接；第三球头内芯522与第二中心导线523的一端相连接；第四球头内芯526与第二中心导线523的另一端相连接；第四外套螺母525与第四球头内芯526相连接；第二绝缘外层524的一端套设于第三球头内芯522，第二绝缘外层524的另一端套设于第四球头内芯526。
如图1所示，负极输出接口6与负极水电联接器3的直段31焊接；其中，负极输出接口6的中心轴线与直段31的中心轴线相重合。
如图1所示，正极水电联接器2为铜材料，内部设置有第一水通道21，所述正极水电联接器2的上部分别与直流电流正极硬电缆22和L端高频交流电缆23相连接。
如图1所示，负极水电联接器3为铜材料，内部设置有第二水通道32，直流电流负极硬电缆33与所述负极水电联接器3的上部相连接，N端高频交流电缆34与直段31相连接，其中，N端高频交流电缆34位于磁环7的下部。
第一中心导线53和第二中心导线523均为单芯多股软铜线，截面积为1～6mm2。第一绝缘外层54和第二绝缘外层524内充满循环去离子水，去离子水电导率≤5μS/cm，流动的去离子水对中心导线53进行冷却，大幅度降低了导线的直径，提高了导线的柔性，使柔细的水浸电缆5传导大电流得以实现。
本装置的工作原理是：整流电源正极流出的电流和进水接嘴1进入的去离子水在正极水电联接器2处进行接触，之后经过正极输出接口8进入正极水浸电缆即第二水浸电缆520，电流通过第二中心导线523的传导施加在电弧等离子体发生器的阳极上，去离子水则进入发生器对阳极进行冷却，电流和去离子水分别通过电弧等离子发生器内的电弧和冷却水通道后从阴极处流出，之后电流经过负极水浸电缆即第一水浸电缆5的第一中心导线53的传导施加到负极水电联接器3上，最后通过与其连接的硬电缆流回整流电源的负极，实现电流的回路，去离子水则通过与负极水电联接器3连接的回水接嘴流出，实现了冷却水的回路；施加在正极水电联接器2和负极水电联接器3上的高频交流电压则分别通过水浸电缆5中心导线53的传导施加到电弧等离子发生器的电极上，实现起弧，通过以上设计实现直流电、高频电压和冷却水全部联接后仅通过水浸电缆与电弧等离子发生器进行连接和作用。
本实施例的水浸电缆的中心导线由于浸泡于流动的去离子水中，对导线起到良好的冷却作用，与传统电缆相比，在同样电流条件下，大幅度降低了导线的直径，提高了导线的柔性，连接更加灵活，降低了对等离子体发生器连接部分强度和连接空间的要求。本实施例通过在负极直通段布置磁环的方式增加对高频交流电的阻抗，代替常用的对直流电缆盘绕数圈的方式，减少了直流电缆长度，同时可通过磁环数量调整阻抗大小，调节方便。本实施例的直流电、高频电压和冷却水全部联接后仅通过水浸电缆与电弧等离子发生器进行连接和作用，实现了冷却水管道、直流电缆线、高频交流线的“三合一”，可以实现电弧等离子发生器结构的精细化和简单化。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于包括：进水接嘴(1)、正极水电联接器(2)、负极水电联接器(3)、回水接嘴(4)、第一水浸电缆(5)、第二水浸电缆(520)、负极输出接口(6)、若干个磁环(7)和正极输出接口(8)；其中，
进水接嘴(1)和正极输出接口(8)分别与正极水电联接器(2)相连接，回水接嘴(4)和负极输出接口(6)分别与负极水电联接器相连接，正极输出接口(8)的开放端和第二水浸电缆(520)连接，负极输出接口(6)的开放端与第一水浸电缆(5)连接，若干个磁环(7)套设于负极水电联接器(3)的直段(31)上。
2.根据权利要求1所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述第一水浸电缆(5)包括第一外套螺母(51)、第一球头内芯(52)、第一中心导线(53)、第一绝缘外层(54)、第二外套螺母(55)和第二球头内芯(56)；其中，
第一外套螺母(51)套设于第一球头内芯(52)的一端；
第一球头内芯(52)与第一中心导线(53)的一端相连接；
第二球头内芯(56)与第一中心导线(53)的另一端相连接；
第二外套螺母(55)套设于第二球头内芯(56)的一端；
第一绝缘外层(54)的一端套设于第一球头内芯(52)的另一端，第一绝缘外层(54)的另一端套设于第二球头内芯(56)的另一端。
3.根据权利要求1所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述第二水浸电缆(520)包括第三外套螺母(521)、第三球头内芯(522)、第二中心导线(523)、第二绝缘外层(524)、第四外套螺母(525)和第四球头内芯(526)；其中，
第三外套螺母(521)套设于第三球头内芯(522)的一端；
第三球头内芯(522)与第二中心导线(523)的一端相连接；
第四球头内芯(526)与第二中心导线(523)的另一端相连接；
第四外套螺母(525)套设于与第四球头内芯(526)的一端；
第二绝缘外层(524)的一端套设于第三球头内芯(522)的另一端，第二绝缘外层(524)的另一端套设于第四球头内芯(526)的另一端。
4.根据权利要求1所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述负极输出接口(6)与负极水电联接器(3)的直段(31)焊接；其中，负极输出接口(6)的中心轴线与直段(31)的中心轴线相重合。
5.根据权利要求1所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述正极水电联接器(2)为铜材料，内部设置有第一水通道(21)，所述正极水电联接器(2)的上部分别与直流电流正极硬电缆(22)和L端高频交流电缆(23)相连接。
6.根据权利要求1所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述负极水电联接器(3)为铜材料，内部设置有第二水通道(32)，直流电流负极硬电缆(33)与所述负极水电联接器(3)的上部相连接，N端高频交流电缆(34)与直段(31)相连接，其中，N端高频交流电缆(34)位于磁环(7)的下部。
7.根据权利要求1所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述磁环(7)数量为3～10个。
8.根据权利要求2所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述第一中心导线(53)为单芯多股软铜线，截面积为1～6mm2。
9.根据权利要求3所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：所述第二中心导线(523)为单芯多股软铜线，截面积为1～6mm2。
10.根据权利要求2所述的用于电弧等离子体发生器的水电联接装置，其特征在于：第一绝缘外层(54)内充有循环去离子水，去离子水电导率≤5μS/cm。
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