CN110418487A - 长寿命空气等离子发生器 - Google Patents
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Abstract
长寿命空气等离子发生器,阴阳极为设在中下端的中空筒状体,间隙在两极连接处。水、气管、絕缘座在上端。电弧在两筒内壁移动,受热面大大增大,被水冷的筒壁温度低,电极不易烧坏,而喷出电弧温度高达3000度;满足高温处理长寿命的需求。水冷系统是从上端进水管、阴极螺旋水道、间隙竖向进水管、阳极螺旋水道、下回水槽,再反向经环状出水道和出水管排出。两螺旋水道和两次冷却热交换面很大,冷却效果极优化。间隙处设气环柱体:内设W条斜导气通孔和W组间隙竖向进水管,不仅分离两电极引弧,且有导水、导气、定位等功能,满足筒状阴阳极总体设计的需求。空气等离子发生器不仅解决惰性气体材料昂贵、成本高;结构寿命短、难维护,且能用于高温长寿命处理场合,特别是工业危险废物的处理。
Description
(一)技术领域:本发明涉及用空气作介质的等离子发生器,属离子产生和火花间隙类(H01T)。
(二)背景技术:现有非转移弧等离子发生器,基本是以惰性气体为工作介质(载体),其材料昂贵、成本高;结构寿命短、难维护。人们开始转向以空气为介质的等离子发生器的开发研究。
对比文件1中国实用新型专利<一种大功率空气等离子发生器>(专利号ZL022761748)公开了一种<空气为介质的等离子发生器>,虽然实现了结构简单、维修方便和成本低,但从电弧移动结构上看,仍是传统的非转移弧结构,即阴极固定在上方,产生固定电弧;就等离子发生器的寿命而言,并没有明显改善,应用范围受限。
对比文件2中国实用新型专利<一种阳极内冷式低功率空气等离子发生器>(专利号ZL2004200604268)也公开了一种<空气为介质的等离子发生器>,虽然具有结构简单、维修方便、成本低,寿命长,但从电弧移动结构上看,仍是传统非转移弧结构,即阴极固定在上方,产生固定电弧;就空气介质来看,并不是完全的空气介质而是空气和隋性气体并用,沒有实现全空气间隙。所以,上述结构简单、维修方便、成本低,寿命长的特点也是有限的、局部的;致此应用范围也受限。特别是高温的工业危险废物的处理场合无法使用。
(三)发明内容:
本发明提供的长寿命空气等离子发生器,就是解决高温的工业危险废物的处理,从电弧移动结构优化,实现空气介质等离子发生器的长寿命。
技术方案如下:
长寿命空气等离子发生器,包括:阴极、阳极、间隙、水冷系统、空气进气系统;其特征是:
1)阴极1设在轴向中段中心位置,为筒状体,其内有供电弧移动的阴极空心管道1.1;阳极3设在轴向下段中心位置也为筒状体,其内有供电弧移动的阳极空心管道3.1;阴极和阳极轴向连接处为间隙2;水冷系统6中竖向进水管6.1、出水管6.8、空气进气系统中竖向进气管7.1均设在轴向上段。2)水冷系统包括;从上至下顺次连接的水向下的竖向进水管6.1、上环状回水槽6.2、阴极外螺旋进水道6.3、间隙处间隙竖向进水管6.4、阳极外螺旋进水道6.5、下环形回水槽6.6、水反向向上的长筒状出水道6.7、外壳法兰径向出水道9.1、竖向出水管6.8。空气进气系统7包括从上至下顺次连通的竖向进气管7.1、端盖进气环槽8.1、轴向导气槽7.2。轴向导气槽下端与间隙处喷气环槽(2.2)连通。空气经空气进气系统从上至下引入间隙处喷气环槽2.2。3)间隙2内设有一个气环柱体2.3,包括:①气环柱体外表面开有与轴向导气槽7.2连通的喷气环槽2.2。②间隙中心孔2.1与阴极空心管道1.1和阳极空心管道3.1连通。③气环柱体内设有W条径向斜导气通孔2.4和W组间隙竖向进水管6.4;且W条径向斜导气通孔和W组间隙竖向进水管沿周向间隔均布。
上述阴极外螺旋进水道6.3和阳极外螺旋进水道6.5的形成和结构在后面结合附图描述。上述絕缘座5及连接的进出水、进气、及安装调节固定构件等在后面结合附图描述。上述阳极空心管道3.1横截面为沿出口方向内径放大的阶梯形。
本发明有益效果:
1)本非转移弧等离子发生器,解决了现有产品采用惰性气体材料昂贵、成本高;结构寿命短、难维护等问题。
2)由于采用螺旋水道直接冷却的筒状体阴极和阳极结构,筒壁温度低,筒状体中心排出的等离子电弧温度高达3000度左右,满足了工业危险废物高温处理长寿命需求。由于阴极由现有的固定在上端产生电弧,变为阴极和阳极设在中段和下段中心位置,均为筒状体,其内空心管道均有供电弧移动筒壁。间隙在阴阳极连接处。电弧10在两筒状体内壁移动,受热面大大增大。阴极筒壁电弧移动,弧根热量分散,电极不易被烧坏,阳极电弧移动筒壁温度不高,而中心喷射出的电弧10A温度极高。所以本发明能满足工业危险废物高温处理长寿命的需求。阳极内空心管道设计为阶梯形,有助于出口电弧的稳定。
3)冷却效果优化:水冷系统是从上端竖向进水管、上环状回水槽进入径向紧靠阴极的螺旋进水道输入,向下经间隙竖向进水管、阳极外螺旋进水道、流入下环形回水槽后,再反向向上经环状出水道和出水管排出。进水向下主要冷却两筒状阴极和阳极,回水向上主要冷却下回水隔水筒、竖向导气槽和外壳等。两螺旋进水道和两次冷却热交换面很大,冷却效果极优化。
4)提供的间隙结构,除产生引弧和分离阴极阳极功能外,还具有导水、导空气、定位、支撑、绝缘等功能;且导水、导气是分别独立的结构,互不影响。见图1、图3,间隙处气环柱体2.3内有W根径向下斜导气通管2.4,使空气从轴向导气槽7.2、间隙喷气环槽2.2均匀压入后,排入中心孔2.1,向间隙处电弧喷空气。气环柱体2.3有W组间隙竖向进水管6.4;使阴极外螺旋水槽6.3下落的进水均匀下落在其内,并经间隙竖向进水管6.4出口、阳极外螺旋水槽6.5排入下环形回水槽6.6。见图1,气环柱体2.3设于轴向筒状阴阳极两端头,对两端头定位支撑。所以间隙结构除产生引弧和分离阴极阳极功能外,还具有导水、导空气、定位、支撑、绝缘等卡功能;且体积小,占用空间小,满足了筒状阴阳极结构的总体设计的需求。
5)上方中心设置絕缘座5、出水法兰9、进气端盖8、调节螺母11和固定螺母12。实现从冷水压入、回水排出、空气压入、安装调节固定等功能。
(四)附图说明:
图1长寿命空气等离子发生器正剖视总图。
图2为图1的A-A剖视图。(包含阴极)
图3为图1的B-B剖视图。即为包含喷气环槽2.2、气环柱体2.3、中心孔2.1、间隙竖向进水管6.4等的间隙结构。
图4为图1的C-C剖视图。(包含阳极)。
图5为图1的D-D剖视图。(包含绝缘座)。
上述图中附图标记名称如下:
1-阴极:1.1-阴极空心管道。2-间隙:2.1-中心孔,2.2-喷气环槽,2.3-气环柱体,2.4-径向斜导气通孔。3-阳极,3.1-阳极空心管道。4-外壳。5-绝缘座。6-水冷系统:6.1-竖向进水管,6.2-上环形回水槽,6.3-阴极外螺旋进水道(6.31、6.32、6.33、6.34为并绕的四条螺旋水道),6.4-间隙竖向进水管,6.5-阳极外螺旋进水道(6.51、6.52、6.53、6.54为并绕的四条螺旋水道),6.5A-下回水隔水筒,6.6-下环形回水槽,6.7-长筒状出水道,6.8-竖向出水管。7-空气系统:7.1-竖向进气管,7.2-竖向导气槽,7.3-气水隔筒。8-进气端盖:8.1-端盖进气环槽。9-出水法兰:9.1-法兰出水通道。10-筒内电弧10A-出口电弧。11-调节螺母。12-固定螺母。
(五)具体实施方式:
本实施例长寿命空气等离子发生器如下形成:
1)筒状电极及轴向布置:
见图1,阴极1设在轴向中段中心位置,为筒状体,其内有供电弧10移动的阴极空心管道1.1。阳极3设在下端中心位置也为筒状体,其内有供电弧移动的阳极空心管道3.1。阳极空心管道3.1中心孔横截为向出口方向的两级放大阶梯形。间隙2设在阴极和阳极轴向连接处。见图1,水冷系统6中竖向进水管6.1和竖向出水管6.8设在上端;空气系统7中竖向进气管7.1设在上端。
2)水冷系统6、空气进气系统7:
见图1,水冷系统包括从上至下顺次连接的水向下流的竖向进水管6.1、上环状回水槽6.2、阴极外螺旋进水道6.3、间隙竖向进水管6.4、阳极外螺旋进水道6.5、下环形回水槽6.6、水反向向上的长筒状出水道6.7、出水法兰径向出水道9.1、竖向出水管6.8。冷水经水冷系统从上至下主要冷却筒状阴极、间隙、阳极等,从下环形回水槽6.6反向从下至上主要冷却下回水隔水筒6.5A、竖向导气槽7.2、气水隔筒7.3和外壳4等。
见图1、见图2,阴极外螺旋进水道6.3是在阴极1外表面开轴向螺纹而形成。见图2,阴极外螺旋进水道在同一水平圆面周向均布N个齿槽,本实施例N取为4,对应轴向有并绕的四条螺旋水道6.31、6.32、6.33、6.34,上端口周向均布4个上进水口;4条螺旋水道下端口周向均布4个下出水口。
见图1、图4,阳极外螺旋进水道6.5是在阳极3外表面开轴向螺纹而形成。见图4,阳极螺旋进水道在同一水平圆面周向均布4个齿槽,对应轴向有并绕的四条螺旋水道6.51、6.52、6.53、6.54,上端口周向均布4个上进水口;4条螺旋水道下端口周向均布4个下出水口。
见图1,阳极3径向方向内开下环形回水槽6.6,并设下回水隔水筒6.5A。从4条阳极外螺旋水道排出的水下落到下环形回水槽6.6后,反向从下至上经长筒状出水道6.7、外壳法兰径向出水道9.1、竖向出水管6.8排出至外部泵循环水管路。
见图1空气进气系统7包括从上至下顺次连接的竖向进气管7.1、端盖8进气环槽8.1、轴向导气槽7.2。空气经空气进气系统从上至下引入间隙喷气环槽2.2并向间隙喷入空气,间隙结构保证间隙完全通入空气后等离子化。筒壁内电弧10并沿筒壁向下移动,筒壁温度不高,中心和出口电弧10A温度很高。
见图1、见图2,筒形的轴向导气槽7.2是套装在阴极螺旋进水道6.3外表面的螺旋弧面6.3A外,导气槽7.2径向外顺次设置套装的气水隔筒7.3、长筒状出水道6.7、外壳4。形成水冷进气系统径向交错布置的紧凑结构。
3)间隙结构:
见图1、图3,间隙2内设有一个气环柱体2.3,包括:①气环柱体外表面开有与轴向导气槽7.2连通的喷气环槽2.2。②中心孔2.1与阴极空心管道1.1和阳极空心管道3.1轴向连通。③见图3,气环柱体2.3是一个环状柱体,内设有W条径向斜导气通孔2.4。本实施例W取为5,则径向斜导气通孔2.4为五条,它们将空气从喷气环槽2.2导入中心孔2.1。五条径向斜导气通孔2.4沿周向均布。④见图3,气环柱体内设W组间隙竖向进水管6.4;本实施例W取为五组,五组间隙竖向进水管沿周向均布,与五条径向斜导气通孔2.4周向间隔均布。每组四根间隙竖向进水管6.4,总共20根。见图1,阴极外螺旋水槽6.3下落的进水落在20根管内后,并经20根间隙竖向进水管6.4出口环槽排入阳极螺旋水道6.5,最后排入下环形回水槽6.6。
5)绝缘座及进出水、进气和安装调节构件:见图1、图5,
见图1,上方中心设置絕缘座5,絕缘座外设出水法兰9,絕缘座上端设进气端盖8和用于安装时调节固定的调节螺母11和固定螺母12。竖向进水管6.1设在絕缘座中心孔。出水管6.8开在出水法兰9上。竖向进气管7.1设在进气端盖8上。由此实现冷水压入、回水抽出、空气引入、安装调节固定等功能。见图5,絕缘座外周套装竖向导气槽7.2;径向向外顺次布置气水隔筒7.3、长筒状出水道6.7及外壳4。由此展示出径向水气间隔布置的紧凑结构。
Claims (4)
1.长寿命空气等离子发生器,包括:阴极、阳极、间隙、水冷系统、空气进气系统;其特征是:
1)阴极(1)设在轴向中段中心位置,为筒状体,其内有供电弧移动的阴极空心管道(1.1);阳极(3)设在轴向下段中心位置也为筒状体,其内有供电弧移动的阳极空心管道(3.1);阴极和阳极轴向连接处为间隙(2);水冷系统(6)中竖向进水管(6.1)、出水管(6.8)、空气进气系统中竖向进气管(7.1)均设在轴向上段;
2)水冷系统(6)包括;从上至下顺次连接的水向下的竖向进水管(6.1)、上环状回水槽(6.2)、阴极外螺旋进水道(6.3)、间隙处间隙竖向进水管(6.4)、阳极外螺旋进水道(6.5)、下环形回水槽(6.6)、水反向向上的长筒状出水道(6.7)、外壳法兰径向出水道(9.1)、竖向出水管(6.8);
空气进气系统(7)包括从上至下顺次连通的竖向进气管(7.1)、端盖进气环槽(8.1)、轴向导气槽(7.2);轴向导气槽下端与间隙处喷气环槽(2.2)连通;
3)间隙(2)内设有一个气环柱体(2.3),包括:①气环柱体外表面开有与轴向导气槽连通的喷气环槽(2.2);②间隙中心孔(2.1)与阴极空心管道(1.1)和阳极空心管道(3.1)连通;③气环柱体内设有W条径向斜导气通孔(2.4)和W组间隙竖向进水管(6.4);W条径向斜导气通孔和W组间隙竖向进水管沿周向间隔均布。
2.按权利要求1所述长寿命空气等离子发生器,其特征是:
所述阴极外螺旋进水道(6.3)是在阴极外表面开轴向螺纹而形成;螺旋进水道在同一水平圆面周向均布N个齿槽,对应轴向有并绕的N条螺旋水道(6.31、6.32….6.3N),上端口周向均布N个上进水口;下端口周向均布N个下出水口;所述阳极外螺旋进水道(6.5)与上述阴极外螺旋进水道(6.3)的形成和结构相同。
3.按权利要求1所述长寿命空气等离子发生器,其特征是:
上方中心设置絕缘座(5),絕缘座外设出水法兰(9),絕缘座上端设进气端盖(8)和用于安装时调节固定的调节螺母(11)和固定螺母(12);所述竖向进水管(6.1)设在絕缘座中心孔;所述出水管(6.8)开在出水法兰(9)上;所述竖向进气管(7.1)设在进气端盖(8)上;絕缘座外周套装竖向导气槽(7.2),径向向外顺次布置的气水隔筒(7.3)、长筒状出水道(6.7)及外壳(4)。
4.按权利要求1所述长寿命空气等离子发生器,其特征是:所述阳极空心管道(3.1)横截面为沿出口方向内径放大的阶梯形。
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