CN114980468A - 一种等离子枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子枪，属于等离子处理技术领域。等离子枪，包括：枪壳，所述枪壳内的一端设置有阴极，另一端设置有阳极，所述阴极和所述阳极之间设有环形放电结构，所述枪壳靠近所述阴极的一端外连接有第一法兰板，所述第一法兰板上环向设置有多个与所述阴极电连接的第一真空电极以及多个与所述阳极电连接的第二真空电极，所述第一法兰板上连接有第二法兰板，所述第二法兰板上环向设置有多个主进气口，所述主进气口通过气管连通所述枪壳内部。有益效果：多路注气能提高枪体内部气体的均匀性，环形放电结构能均匀放电通道内电场分布，有助于气体吹弧效应，有利于长距离电弧的发生和稳定。

Description

一种等离子枪

技术领域

本发明属于等离子处理技术领域，具体涉及一种等离子枪。

背景技术

现有的等离子体枪产生的等离子体大多存在密度小的问题；且现有等离子枪具有的高性能参数源于结构迷你，若增大结构尺寸，可能会导致等离子体密度等参数的下降，所以只能应用于需要少量等离子体快速注入的场合；最后存在电离率低的问题。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供一种等离子枪，多路注气能提高枪体内部气体的均匀性，环形放电结构能均匀放电通道内电场分布，有助于气体吹弧效应，有利于长距离电弧的发生和稳定，产生的等离子体密度大，能满足大量等离子体快速注入，电离率高。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：等离子枪包括：枪壳，所述枪壳内的一端设置有阴极，另一端设置有阳极，所述阴极和所述阳极之间设有环形放电结构，所述枪壳靠近所述阴极的一端外连接有第一法兰板，所述第一法兰板上环向设置有多个与所述阴极电连接的第一真空电极以及多个与所述阳极电连接的第二真空电极，所述第一法兰板上连接有第二法兰板，所述第二法兰板上环向设置有多个主进气口，所述主进气口通过气管连通所述枪壳内部。

有益效果：多路注气能提高枪体内部气体的均匀性，环形放电结构能均匀放电通道内电场分布，有助于气体吹弧效应，有利于长距离电弧的发生和稳定，产生的等离子体密度大，能满足大量等离子体快速注入，电离率高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述枪壳的中部设有偏压电极导管，所述偏压电极导管的一端依次穿过所述枪壳、所述第一法兰板和所述第二法兰板连接第三真空电极，另一端连接偏压电极，所述偏压电极固定在所述枪壳上。

采用上述进一步方案的有益效果是：偏压电极针对核聚变领域FRC装置上的应用，可以用来调整等离子体的电位特性，能起到抑制FRC旋转不稳定性的发展的作用；第三真空电极对偏压电极进行供电。

进一步，所述偏压电极导管的从内向外依次套设有第一绝缘管、套筒和偏压电极保护罩。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一绝缘管提高绝缘效果，套筒主要支撑内层垫圈组，偏压电极保护罩便于安装内层垫圈组。

进一步，所述环形放电结构包括内部垫圈组和外部垫圈组，所述内部垫圈组包括第一垫圈和第二垫圈，所述第一垫圈和所述第二垫圈均交错设置在所述偏压电极保护罩上，所述第一垫圈的外径大于所述第二垫圈的外径，所述外部垫圈组包括第三垫圈和第四垫圈，所述第三垫圈和所述第四垫圈均交错设置在所述枪壳的内壁上，所述第三垫圈的内径大于所述第四垫圈的内径，所述第一垫圈与所述第四垫圈以及所述第二垫圈与所述第三垫圈一一对应设置，所述第一垫圈、所述第二垫圈、所述第三垫圈和所述第四垫圈形成环形的放电通道。

采用上述进一步方案的有益效果是：内外垫圈组都采用多层堆叠结构，形成环向的放电通道，有利于均匀放电通道内电场分布，因为放电区域是悬浮的，那么会吸附电子，可以使阴极电位不集中，让中间部分堆叠的垫圈电位降低，进而让负电位向阳极靠近，可以解决直流放电集中在阴极区域的问题。

进一步，所述枪壳包括第二绝缘管、第三绝缘管和第四绝缘管，所述第二绝缘管通过连接筒连接所述第一法兰板，所述连接筒内设置有所述气管，所述第二绝缘管内固定设有进气腔，所述进气腔上环向设置有与所述气管连通的导气孔，所述第四绝缘管上固定套设有所述阳极，所述第二绝缘管与所述第四绝缘管之间设有所述第三绝缘管，所述第三绝缘管内设有固定套筒，所述固定套筒的内壁上固定所述外部垫圈组。

采用上述进一步方案的有益效果是：绝缘套管能进行电气隔离并且保证机械强度不至于发生磨损断裂等问题。

进一步，所述进气腔中部的内壁上层叠设置有多个环形阻挡片，多个所述环形阻挡片的内径大于不同，所述进气腔靠近所述环形放电结构一端环向设有通气孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：环形阻挡片能降低气体速度，有效提高注气的均匀性，解决在实际放电中生成等离子体不均匀的问题。

进一步，所述第三真空电极为中空结构，且上设置有辅助进气口，所述偏压电极上设置有辅助气体通孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过辅助气体通孔注入阳极的气体不经过放电过程或只是短暂经过放电，其目的是用于冷却等离子体枪产生的等离子体，降低温度的同时提高密度。

进一步，所述第四绝缘管外设置有固定板，所述连接筒与所述固定板之间通过环向设置的多个螺杆固定。

采用上述进一步方案的有益效果是：固定效果好，便于组装和拆卸。

进一步，所述第一法兰板上环向间隔设置有8个第三法兰板，4个所述第三法兰板上设有所述第一真空电极，4个所述第三法兰板上设有所述第二真空电极，所述第一真空电极和所述第二真空电极交错设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：4个用于阳极供电，4个用于阴极供电。

进一步，所述第一真空电极与所述阴极以及所述第二真空电极与所述阳极均通过铜排连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：连接稳定，操作方便。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的外部结构示意图；

图3为进气腔的结构示意图；

图4为阴极的结构示意图；

图5为阳极的结构示意图；

图6为第二绝缘管的结构示意图；

图7为第四绝缘管的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、枪壳；2、第一法兰板；3、第三法兰板；4、第二法兰板；5、主进气口；6、第三真空电极；7、辅助进气口；8、连接筒；9、进气腔；10、阴极；11、阳极；12、偏压电极导管；13、第二绝缘管；14、第三绝缘管；15、第四绝缘管；16、偏压电极；17、第一绝缘管；18、套筒；19、偏压电极保护罩；20、第一垫圈；21、第二垫圈；22、第三垫圈；23、第四垫圈；25、通气孔；26、缓冲板；27、固定套筒；28、铜排；29、固定板；30、螺杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-7，本实施例提供一种等离子枪，包括枪壳1，所述枪壳1内的一端设置有阴极10，如图4所示，阴极10上环形分布有36个尖端小电极，均匀分布在环形的放电通道上。这些尖端电极可以有效提高局部的电场强度，并因此降低实际放电时的击穿电压。另一端设置有阳极11，所述阴极10和所述阳极11之间设有环形放电结构，所述枪壳1靠近所述阴极10的一端外连接有第一法兰板2，所述第一法兰板2上环向间隔设置有8个第三法兰板3，4个所述第三法兰板3上设有所述第一真空电极，4个所述第三法兰板3上设有所述第二真空电极，所述第一真空电极和所述第二真空电极交错设置，因为使用单极供电方案会导致局部电场不均匀，最终导致离供电接头近的部分等离子体密度、温度高，远的部分等离子体密度、温度低，所以使用环向均匀的多极供电方案，可以保证供电均匀，8个M6真空电极用于供电，4个接阴极，4个接阳极，所述第一真空电极与所述阴极10以及所述第二真空电极与所述阳极11均通过铜排28连接，能保证电场强度的均匀性，所述第一法兰板2上连接有第二法兰板4，所述第二法兰板4上环向设置有多个主进气口5，所述主进气口5通过气管连通所述枪壳1内部，所述第三真空电极6为中空结构，且上设置有辅助进气口7，所述偏压电极16上设置有辅助气体通孔。

进一步，所述枪壳1的中部设有偏压电极导管12，所述偏压电极导管12的一端依次穿过所述枪壳1、所述第一法兰板2和所述第二法兰板4连接第三真空电极6，另一端连接偏压电极16，所述偏压电极16固定在所述枪壳1上。

等离子体枪采用多路注气能提高枪体内部气体的均匀性.其中偏压电极导管12用于阳极区域的气体注入，而环向四个中型的主进气口5用于阴极气体注入。两种气体注入方式的用途并不相同，阴极气体注入为主导注气方式，进入阴极区域的气体会通过放电直接产生等离子体；而阳极气体注入为辅助注气方式，注入阳极的气体不经过放电过程或只是短暂经过放电，其目的是用于冷却等离子体枪产生的等离子体，降低温度的同时提高密度。

进一步，所述偏压电极导管12的从内向外依次套设有第一绝缘管17、套筒18和偏压电极保护罩19，第一绝缘管17的前端连接进气腔9，第一绝缘管17上套上内层不锈钢套筒18，利用其支撑内层垫圈组，最后再套上偏压电极保护罩19后进行隔离后，在偏压电极保护罩19上嵌套内层垫圈组。

进一步，所述环形放电结构包括内部垫圈组和外部垫圈组，所述内部垫圈组包括钼材质的第一垫圈20和氮化硼陶瓷材质的第二垫圈21，所述第一垫圈20和所述第二垫圈21的厚度均为5mm，所述第一垫圈20和所述第二垫圈21均交错设置在所述偏压电极保护罩19上，所述第一垫圈20的外径为190mm，所述第二垫圈21的外径170mm，内径相同均为120mm，钼垫圈外径为190mm且定义环形放电通道的内径。所述外部垫圈组包括氮化硼陶瓷垫材质的第三垫圈22和钼材质的第四垫圈23，所述第三垫圈22和所述第四垫圈23的厚度均为5mm，所述第三垫圈22和所述第四垫圈23均交错设置在所述枪壳1的内壁上，所述第三垫圈22的内径大于230mm，所述第四垫圈23的内径210mm，钼垫圈内径为210mm且定义环形放电通道的外径。内外垫圈组共同堆叠形成整体为直径190mm-210mm、长180mm的环形放电通道，足够长的放电通道有助于等离子体在通道内有更长时间进行欧姆加热。想要调节环形放电通道的大小，可以适当改变外层钼垫圈的内径和内层钼垫圈的外径。氧化硼陶瓷垫圈用于钼垫圈的隔离，钼垫圈的作用是均匀内部电场分布，同时有助于气体吹弧效应，有助于长距离电弧的发生和稳定。如果没有堆叠结构，一般直流放电会集中在阴极区域。如果有堆叠结构，因为装置放电区域是悬浮的，那么会吸附电子，可以使阴极电位不集中，让中间部分堆叠的垫圈电位降低，进而让负电位向阳极靠近，可以解决直流放电集中在阴极区域的问题。

内外垫圈堆叠还可以确定环形放电通道的大小，内层金属钼垫圈的外径决定环形放电通道的内径，外层金属钼垫圈的内径决定环形放电通道的外径。

进一步，所述枪壳1包括氧化铝陶瓷的第二绝缘管13、第三绝缘管14和第四绝缘管15，所述第二绝缘管13通过连接筒8连接所述第一法兰板2，所述连接筒8内设置有所述气管，所述第二绝缘管13内固定设有进气腔9，所述进气腔9中部的内壁上层叠设置有多个环形阻挡片24，多个所述环形阻挡片24的内径大于不同，所述进气腔9靠近所述环形放电结构一端环向设有通气孔25，所述进气腔9上环向设置有与所述气管连通的导气孔，进气腔9的外部环向间隔设置有缓冲板26，两个缓冲板26之间设置通气孔25，所述第四绝缘管15上固定套设有所述阳极11，所述第二绝缘管13与所述第四绝缘管15之间设有所述第三绝缘管14，所述第三绝缘管14内设有氮化硼陶瓷的固定套筒27，所述固定套筒27的内壁上固定所述外部垫圈组。

其中阴极气体注入要通过数个环形阻挡片24之后再通过环向分布的通气孔25来进入阴极区域，这样做会降低气体速度，但能有效提高注气的均匀性，解决在实际放电中生成等离子体不均匀的问题。

进一步，所述第三真空电极6为中空结构，且上设置有辅助进气口7，所述偏压电极16上设置有辅助气体通孔，通过辅助气体通孔注入阳极的气体不经过放电过程或只是短暂经过放电，其目的是用于冷却等离子体枪产生的等离子体，降低温度的同时提高密度。

进一步，所述第四绝缘管15外设置有固定板29，所述连接筒8与所述固定板29之间通过环向设置的8个螺杆30固定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种等离子枪，其特征在于，包括枪壳(1)，所述枪壳(1)内的一端设置有阴极(10)，另一端设置有阳极(11)，所述阴极(10)和所述阳极(11)之间设有环形放电结构，所述枪壳(1)靠近所述阴极(10)的一端外连接有第一法兰板(2)，所述第一法兰板(2)上环向设置有多个与所述阴极(10)电连接的第一真空电极以及多个与所述阳极(11)电连接的第二真空电极，所述第一法兰板(2)上连接有第二法兰板(4)，所述第二法兰板(4)上环向设置有多个主进气口(5)，所述主进气口(5)通过气管连通所述枪壳(1)内部。

2.根据权利要求1所述的等离子枪，其特征在于，所述枪壳(1)的中部设有偏压电极导管(12)，所述偏压电极导管(12)的一端依次穿过所述枪壳(1)、所述第一法兰板(2)和所述第二法兰板(4)连接第三真空电极(6)，另一端连接偏压电极(16)，所述偏压电极(16)固定在所述枪壳(1)上。

3.根据权利要求2所述的等离子枪，其特征在于，所述偏压电极导管(12)的从内向外依次套设有第一绝缘管(17)、套筒(18)和偏压电极保护罩(19)。

4.根据权利要求3所述的等离子枪，其特征在于，所述环形放电结构包括内层垫圈组和外层垫圈组，所述内层垫圈组包括第一垫圈(20)和第二垫圈(21)，所述第一垫圈(20)和所述第二垫圈(21)均交错设置在所述偏压电极保护罩(19)上，所述第一垫圈(20)的外径大于所述第二垫圈(21)的外径，所述外层垫圈组包括第三垫圈(22)和第四垫圈(23)，所述第三垫圈(22)和所述第四垫圈(23)均交错设置在所述枪壳(1)的内壁上，所述第三垫圈(22)的内径大于所述第四垫圈(23)的内径，所述第一垫圈(20)与所述第四垫圈(23)以及所述第二垫圈(21)与所述第三垫圈(22)一一对应设置，所述第一垫圈(20)、所述第二垫圈(21)、所述第三垫圈(22)和所述第四垫圈(23)形成环形的放电通道。

5.根据权利要求4所述的等离子枪，其特征在于，所述枪壳(1)包括第二绝缘管(13)、第三绝缘管(14)和第四绝缘管(15)，所述第二绝缘管(13)通过连接筒(8)连接所述第一法兰板(2)，所述连接筒(8)内设置有所述气管，所述第二绝缘管(13)内固定设有进气腔(9)，所述进气腔(9)上环向设置有与所述气管连通的导气孔，所述第四绝缘管(15)上固定套设有所述阳极(11)，所述第二绝缘管(13)与所述第四绝缘管(15)之间设有所述第三绝缘管(14)，所述第三绝缘管(14)内设有固定套筒(27)，所述固定套筒(27)的内壁上固定所述外层垫圈组。

6.根据权利要求5所述的等离子枪，其特征在于，所述进气腔(9)中部的内壁上层叠设置有多个环形阻挡片(24)，多个所述环形阻挡片(24)的内径大于不同，所述进气腔(9)靠近所述环形放电结构一端环向设有通气孔(25)。

7.根据权利要求5所述的等离子枪，其特征在于，所述第三真空电极(6)为中空结构，且上设置有辅助进气口(7)，所述偏压电极(16)上设置有辅助气体通孔。

8.根据权利要求5所述的等离子枪，其特征在于，所述第四绝缘管(15)外设置有固定板(29)，所述连接筒(8)与所述固定板(29)之间通过环向设置的多个螺杆(30)固定。

9.根据权利要求1-7任一项所述的等离子枪，其特征在于，所述第一法兰板(2)上环向间隔设置有8个第三法兰板(3)，4个所述第三法兰板(3)上设有所述第一真空电极，4个所述第三法兰板(3)上设有所述第二真空电极，所述第一真空电极和所述第二真空电极交错设置。

10.根据权利要求1-7任一项所述的等离子枪，其特征在于，所述第一真空电极与所述阴极(10)以及所述第二真空电极与所述阳极(11)均通过铜排(28)连接。

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