CN110519903A - 空气筒状等离子发生器间隙结构 - Google Patents

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Abstract

空气筒状等离子发生器间隙结构,阴阳极为设在中下端的中空筒状体；间隙在两极连接处。间隙处设气环柱体:其内设W条斜导气通孔；同时设W组间隙竖向进水管,两者周向间隔均布。间隙引弧,且实现了导水、导气、定位等功能,满足筒状阴阳极总体设计的需求。电弧在两筒内壁移动,受热面大大增大,受水直接冷却的筒壁温度低,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。本发明不仅解决现有惰性气体材料昂贵、成本高、结构寿命短、难维护,且解决了高温处理长寿命的问题,特别是工业危险废物的处理。

Description

空气筒状等离子发生器间隙结构
(一)技术领域：
本发明空气筒状等离子发生器间隙结构,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中国发明专利<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,没有改善,最大问题是应用范围受限,不能用于高温处理。
对比文件2中国发明专利<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>,虽然也具有结构简单、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,沒有实配全空气间隙。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；最大问题是应用范围受限,特别是高温的工业危险废物的处理场合无法使用。
所以开发能处理高温工业危险废物的空气等离子发生器提上日程,而处理高温的空气等离子发生器的关键技术之一是它的间隙结构。
(三)发明内容：
本发明提供的空气筒状等离子发生器间隙结构，就是解决即用空气作介质且又实现高温工业危险废物处理的长寿命等离子发生器的间隙结构,该间隙结构能实现空气筒状等离子发生器总体设计对间隙的导水、导气、电弧传送、支撑等多功能需求。
技术方案如下：
空气筒状等离子发生器间隙结构，包括:阴极、阳极、间隙,其特征是：
1)阴极1设在等离子发生器轴向中段中心位置,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,其内也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。2)间隙处设一个气环柱体2.3,包括:①气环柱体外表面开有与外部空气进气系统7连通的喷气环槽2.2；②气环柱体中心孔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条沿周向均布的径向斜导气通孔2.4；④气环柱体内设W组沿周向均布的间隙竖向进水管6.4,间隙竖向进水管6.4与空气筒状等离子发生器的水冷系统6连通。
上述水冷系统6和空气进气系统7在后面具体实施方式中结合附图详述。上述水冷系统中阴极外螺旋进水道6.3和阳极外螺旋进水道6.5的形成和结构在后面具体实施方式中结合附图详述。上述阳极空心管道3.1剖面可为沿出口方向内径放大的阶梯形。
本发明有益效果：
1)本空气筒状等离子发生器间隙结构,保证间隙完全通入空气等离子化,解决了现有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)采用筒状体阴极和阳极结构,直接被冷却的筒壁温度低,而筒状体排出的等离子电弧温度高达3000度左右,能满足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(例如对比文件二中项2项3,对比文件一中项5),变为阴极为设在中段中心位置的筒状体,其筒壁为供电弧移动的空心管道；阳极为设在下端中心位置的筒状体,其筒壁也为供电弧移动的空心管道；间隙在阴阳极连接处。即电弧10在两筒状内壁移动,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,而喷射出电弧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。
3)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、图6,间隙处气环柱体2.3内有W根径向斜导气通管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。见图1,气环柱体内有W组竖向间隙竖向进水管6.4；使阴极外螺旋水槽6.3下落的进水均匀下落在其内,并经均匀的间隙竖向进水管6.4、阳极外螺旋水槽6.5排入下环形回水槽6.6。见图1,气环柱体设于轴向筒状阴、阳极两端头,对两端头定位支撑。所以带气环柱体的间隙结构不仅产生引弧和分离阳极阳极功能外,还具有导水、导空气、定位、支撑、绝缘等多功能。且导水、导气是分别独立的结构，互不影响。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。
4)冷却效果优化:本发明实施例采用的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。进水向下冷却阴极和阳极,回水向上冷却下回水隔水筒、导气管和外壳等。两螺旋进水道和两次冷却热交换面很大,冷却效果极优化。
(四)附图说明：
图1空气筒状等离子发生器正剖视总图(Z-X面)。
图2为图1的A-A剖视图(Y-X面)。(包含阴极)
图3为图1的B-B剖视图(Y-X面)。即为包含喷气环槽2.2、气环柱体2.3、中心孔2.1、竖向间隙进水管6.4等的间隙结构。
图4为图1的C-C剖视图(Y-X面)。(包含阳极)。
图5为图1的D-D剖视图(Y-X面)。(包含绝缘座)。
图6为图1的局部放大图W(Z-X面)。即为包含喷气环槽2.2、气环柱体2.3、中心孔2.1、竖向间隙进水管6.4等的间隙结构。
上述图中附图标记名称如下:
1-阴极:1.1-阴极空心通道。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-阳极空心通道。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：
本实施例空气筒状等离子发生器间隙结构,如下构成:
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中心孔向出口方向的中心孔直径为两级放大的阶梯形。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；空气进系统7中竖向进气管7.1设在上端、絕缘座5设在上端中心位置。
2)间隙结构:
见图1、图6,间隙2内设有一个如下的气环柱体2.3:①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与阴空心管道1.1和阳极空心管道3.1轴向连通。③见图3、图6,气环柱体2.3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6.4沿周向均布,且五组间隙竖向进水管6.4和五条径向斜导气通孔2.4间隔布置。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,并经间隙竖向进水管6.4出口环槽排入阳极外螺旋进水道6.5,然后再下落排入下环形回水槽6.6。
3)本实施例水冷系统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、外壳法兰径向出水道9.1、竖向出水管6.8。冷水经水冷系统从上至下主要冷却阴极和阳极,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和外壳4等。
见图1、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。空气经进气系统从上至下引入间隙结构中喷气环槽2.2并向间隙喷入空气,以空气为载体使间隙及阴阳极筒内产生引弧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6.6、外壳4。形成水冷进气系统径向交错布置的紧凑结构。
4)绝缘座5:见图1、图5,
絕缘座5中心孔是竖向进水管6.1。絕缘座下方经上环状回水槽6.2连接阴极螺旋进水道6.3。絕缘座轴向上方设进气端盖8、出水法兰9、调节固定用调节螺母11和固定螺母12。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。由此上方的絕缘座组件实现冷水压入、回水抽出、空气引入、安装调节固定等功能。

Claims (4)

1.空气筒状等离子发生器间隙结构，包括:阴极、阳极、间隙,其特征是：
1)阴极(1)设在等离子发生器轴向中段中心位置,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,其内也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)；
2)间隙处设一个气环柱体(2.3),包括:①气环柱体外表面开有与外部空气进气系统(7)连通的喷气环槽(2.2)；②气环柱体中心孔(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条沿周向均布的径向斜导气通孔(2.4)；④气环柱体内设W组沿周向均布的间隙竖向进水管(6.4),间隙竖向进水管与空气筒状等离子发生器的水冷系统(6)连通。
2.按权利要求1所述空气筒状等离子发生器间隙结构，其特征是:
所述水冷系统(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)；
所述空气进气系统(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.按权利要求1所述空气筒状等离子发生器间隙结构，其特征是:
所述阴极外螺旋进水道(6.3)是在阴极(1)外表面开轴向螺纹而形成；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。
4.按权利要求1所述空气筒状等离子发生器间隙结构，其特征是：所述阳极空心管道(3.1)剖面为采用沿出口方向内径放大的阶梯形。
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