CN203504871U - 管式阴极电弧等离子体炬 - Google Patents

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朱海龙
陈伦江
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Abstract

本实用新型属于一种热等离子体装置，具体涉及一种管式阴极电弧等离子体炬。它包括阴极、阴极水冷套、旋流环、阳极和阳极水冷套，阴极位于阴极水冷套内部，阳极位于阳极水冷套内部，阴极水冷套、旋流环和阳极水冷套三者自上而下依次排列，在阴极水冷套外设有阴极磁场线圈，在阳极水冷套外设有阳极磁场线圈，阴极为中空紫铜管道，顶端封闭，下端开口；阴极水冷套为下底面开放的中空圆柱体，其上底面左侧设有阴极冷却水入口，右侧设有阴极冷却水出口。其优点是，管式阴极电弧等离子体炬各电极分别水冷，互不干扰，便于单独检漏、拆装；阴极采用管式结构，增加了阴极烧蚀的面积；电极外设有磁场线圈，加速弧斑旋转，提高电极寿命。

Description

管式阴极电弧等离子体炬
技术领域
本发明属于一种热等离子体装置，具体涉及一种管式阴极结构的电弧等离子体炬。
背景技术
热等离子体具有高温、高焓、高能量密度以及气氛可控等特点，已经广泛应用于切割、焊接、喷涂、材料制备、废物处理等领域。等离子体炬作为热等离子体的产生装置，在工业应用中要求等离子体炬具有高稳定性、高效率和长寿命等特性。
通常情况下，电弧等离子体炬包括阴极和至少一个阳极，电弧在阴极和阳极之间产生，并由工作气体将电弧热能带出，形成等离子体射流。
不同的应用领域对等离子体射流的要求不同。如等离子体切割要求射流速度快，强度高；等离子体废物处理要求射流截面积大，活性强。射流的不同需求就对等离子体炬的结构设计提出了不同的要求。
现有的电弧等离子体炬一般采用水冷实心阴极，阴极弧斑集中，阴极寿命较短；且阴极材料多为高熔点金属，需要惰性气体保护，不利于大规模的工业应用。采用管式阴极，阴极弧斑在气流、磁场驱动下高速旋转，提高阴极寿命，可直接使用空气、氧气等活性气体作为工作气体。
发明内容
本发明的目的是提供一种管式阴极电弧等离子体炬它的阴极采用管式结构，提高阴极使用寿命。各电极分别水冷、互不干扰，利用气流和磁场驱动，加速弧斑旋转。
本发明是这样实现的，管式阴极电弧等离子体炬，它包括阴极、阴极水冷套、旋流环、阳极和阳极水冷套，阴极位于阴极水冷套内部，阳极位于阳极水冷套内部，阴极水冷套、旋流环和阳极水冷套三者自上而下依次排列，在阴极水冷套外设有阴极磁场线圈，在阳极水冷套外设有阳极磁场线圈，阴极为中空紫铜管道，顶端封闭，下端开口；阴极水冷套为下底面开放的中空圆柱体，其上底面左侧设有阴极冷却水入口，右侧设有阴极冷却水出口。
阴极安装在阴极水冷套中，与阴极水冷套之间间隙为冷却水通道。
阳极为中空紫铜管道，两端开口，阳极水冷套为与所述阳极等高的、上下底面均开放的中空圆柱体，其外侧面左边设有阳极冷却水入口，右边设有阳极冷却水出口。
阳极安装在阳极水冷套内部，阳极和阳极水冷套之间的空隙部分形成阳极冷却水通道。
阴极水冷套和阳极水冷套之间通过绝缘体绝缘；阴极水冷套与绝缘体之间为螺纹连接，再通过旋流环和连接法兰与阳极水冷套组装为一体。
本发明的优点是，（1）管式阴极电弧等离子体炬各电极分别水冷，互不干扰，便于单独检漏、拆装；（2）阴极采用管式结构，增加了阴极烧蚀的面积；（3）电极外设有磁场线圈，加速弧斑旋转，提高电极寿命。
附图说明
图1为本实用新型所提供的管式阴极电弧等离子体炬示意图。
图中，1阴极，2阴极水冷套，3阴极冷却水出口，4阴极磁场线圈，5绝缘体，6工作气体入口，7旋流环，8阳极冷却水出口，9阳极磁场线圈，10阳极，11阳极水冷套，12阳极冷却水入口，13连接法兰，14气流室，15阴极冷却水入口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍：
如图1所示，管式阴极电弧等离子体炬包括阴极1、阴极水冷套2、旋流环7、阳极10和阳极水冷套11。
其中，阴极1位于阴极水冷套2内部，阳极10位于阳极水冷套11内部。阴极水冷套2、旋流环7和阳极水冷套11三者自上而下依次排列。在阴极水冷套2外设有阴极磁场线圈4，在阳极水冷套11外设有阳极磁场线圈9。阴极1为中空紫铜管道，顶端封闭，下端开口；阴极水冷套2为下底面开放的中空圆柱体，其上底面左侧设有阴极冷却水入口15，右侧设有阴极冷却水出口3，内部尺寸大于阴极尺寸；阴极安装在阴极水冷套中，与水冷套之间间隙为冷却水通道。
阳极10为中空紫铜管道，两端开口。阳极水冷套11为与所述阳极10等高的、上下底面均开放的中空圆柱体，其外侧面左边设有阳极冷却水入口12，右边设有阳极冷却水出口8；阳极安装在阳极水冷套内部，阳极和阳极水冷套之间的空隙部分形成阳极冷却水通道。
阴极水冷套2和阳极水冷套11之间通过绝缘体5绝缘；阴极水冷套2与绝缘体5之间为螺纹连接，再通过旋流环7和连接法兰13与阳极水冷套2组装为一体。
磁场线圈包括阴极磁场线圈4和阳极磁场线圈9，由紫铜管绕制，铜管外壁浸环氧树脂绝缘，管内通冷却水，分别利用阴极1和阳极10的电流产生磁场。
设备工作时，在阴极1与阳极10之间通过工作气体入口6充入氮气、氩气等气体，启动等离子体炬，将阴极1与阳极10之间的气体击穿，等离子体电弧就在阴极1与阳极10之间建立起来，并从阳极10出口喷出。调整工作气体流量以及电弧电流，可以得到不同功率下稳定的等离子体射流。
作为优选尺寸，所述阴极高度为160mm，半径为10mm；所述阳极高度为104mm，半径为8mm。
阴极1的紫铜管外表面及阳极10的外表面均设有螺旋导流槽，其能够使冷却水沿螺旋导流槽流动，增大了导热面积。
一种管式阴极电弧等离子体炬，包括阴极、阳极、水冷套和磁场线圈等，所述等离子体炬还包括阴极与阳极之间的气流室和形成切向气流的旋流环。所述水冷套包括阴极水冷套和阳极水冷套，其中，阴极位于阴极水冷套内部，阳极位于阳极水冷套内部，阴极水冷套、旋流环和阳极水冷套三者自上而下依次排列；所述阴极为中空的管道，一端封闭；所述阳极为两端开口的中空管道；阴极水冷套和阳极水冷套外均设有磁场线圈，加速弧斑旋转，提高电极寿命。
作为优选方案：
所述阴极为紫铜管道，顶端封闭，下端开口；阴极水冷套为下底面开放的中空圆柱体，其上底面左侧设有阴极冷却水入口，右侧设有阴极冷却水出口，内部尺寸大于阴极尺寸；阴极安装在阴极水冷套中。在阴极水冷套和阳极水冷套外设有磁场线圈。
所述阳极水冷套为与所述阳极等高的、上下底面均开放的中空圆柱体，其外侧面左边设有阳极冷却水入口，右边设有阳极冷却水出口；阳极安装在阳极水冷套内部，阳极和阳极水冷套之间的空隙部分形成阳极冷却水通道。
所述阴极水冷套和阳极水冷套之间通过绝缘体绝缘；所述阴极水冷套与绝缘体之间为螺纹连接，再通过旋流环与阳极水冷套组装为一体。
所述旋流环安装在阳极水冷套与绝缘体之间，圆周上设置有进气孔，进气孔方向与径向成一定角度；工作气体由进气孔进入气流室。
所述阴极高度为160mm，半径为10mm；所述阳极高度为104mm，半径为8mm。
所述阴极与阳极均为紫铜件；绝缘体为聚四氟乙烯；水冷套为不锈钢。

Claims (5)

1.管式阴极电弧等离子体炬，其特征在于：它包括阴极（1）、阴极水冷套（2）、旋流环（7）、阳极（10）和阳极水冷套（11），阴极（1）位于阴极水冷套（2）内部，阳极（10）位于阳极水冷套（11）内部，阴极水冷套（2）、旋流环（7）和阳极水冷套（11）三者自上而下依次排列，在阴极水冷套（2）外设有阴极磁场线圈（4），在阳极水冷套（11）外设有阳极磁场线圈（9），阴极（1）为中空紫铜管道，顶端封闭，下端开口；阴极水冷套（2）为下底面开放的中空圆柱体，其上底面左侧设有阴极冷却水入口（15），右侧设有阴极冷却水出口（3）。
2.如权利要求1所述的管式阴极电弧等离子体炬，其特征在于：阴极（1）安装在阴极水冷套（2）中，与阴极水冷套（2）之间间隙为冷却水通道。
3.如权利要求1所述的管式阴极电弧等离子体炬，其特征在于：阳极（10）为中空紫铜管道，两端开口，阳极水冷套（11）为与所述阳极（10）等高的、上下底面均开放的中空圆柱体，其外侧面左边设有阳极冷却水入口（12），右边设有阳极冷却水出口（8）。
4.如权利要求1所述的管式阴极电弧等离子体炬，其特征在于：阳极（10）安装在阳极水冷套（11）内部，阳极（10）和阳极水冷套（11）之间的空隙部分形成阳极冷却水通道。
5.如权利要求1所述的管式阴极电弧等离子体炬，其特征在于：阴极水冷套（2）和阳极水冷套（11）之间通过绝缘体（5）绝缘；阴极水冷套（2）与绝缘体（5）之间为螺纹连接，再通过旋流环（7）和连接法兰（13）与阳极水冷套（2）组装为一体。
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Granted publication date: 20140326