CN204168587U - 一种组合式喷管阳极 - Google Patents
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Abstract
一种组合式喷管阳极，涉及等离子体设备，由管壳、紫铜压缩圈、阳极喷管和锁紧螺母组成，其中：管壳的壁体上有冷却水进口和冷却水出口，管壳前端的壁体内侧有槽口；紫铜压缩圈和阳极喷管设置在管壳的内空间中，紫铜压缩圈的前部中心有圆形的榫槽，紫铜压缩圈的后部为喇叭口结构，喇叭口与榫槽之间有贯通的圆形直孔，紫铜压缩圈突沿的外壁与管壳后部的内壁配合；阳极喷管为逐渐扩张的锥形圆管，阳极喷管的后部有榫头，阳极喷管的前部外沿上有安装凸缘和拆卸槽，阳极喷管后部的榫头嵌入到紫铜压缩圈的榫槽中，阳极喷管的安装凸缘置于管壳的槽口中，用锁紧螺母把阳极喷管紧密固定在管壳上。本实用新型避免了喷管壁体容易被烧蚀的问题，提高生产效率及节约成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及等离子体设备，特别是涉及到一种等离子体喷枪的阳极结构。
背景技术
当前，等离子技术已得到广泛的应用，工业上应用于等离子点火、等离子喷涂、金属冶炼、等离子加热制造纳米材料、切割、垃圾焚烧废物处理等。等离子体的处理方式和一般的方式大不一样，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的一种状态，伴随着放电现象将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应。在等离子体发生器中，放电作用使得工作气分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而产生高温，温度可达几万度以上。
等离子热解水制氢技术是最近几年提出来的水制氢候选技术之一，因为水是一种相当稳定的物质，在常压条件下，温度在2000K时水分子几乎不分解，2500K时有25%的水发生分解，3400～3500K时氢气和氧气的摩尔分数达到最大，分别为18%和6%，当温度达到4200K以上时，水分子将全部分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子体喷枪则能做到；应用等离子体喷枪处理危险有害的废弃物和生活垃圾，使气化炉不需输入空气或氧气，使生活垃圾转化的合成气品质好，达到化工原料的要求，合成气再通过后级设备生产甲醇或二甲醚产品，实现资源化和无污染处理生活垃圾；在煤气化生产线上如利用等离子体喷枪把水蒸汽加热分解后再喷入气化炉内，与煤炭进行化学反应，所发生的反应是放热反应，使气化炉不需输入空气或氧气助燃，生产的合成气中氢气的分数比例高，废气的含量低，实现节能减排。
然而，等离子体喷枪的阳极多使用紫铜材料，很容易烧蚀，损坏后需进行整体更换阳极，不仅影响生产，而且增加成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是要克服现有等离子体喷枪存在的缺点，提供一种组合式的喷管阳极，使阳极不易烧蚀和不需整体更换阳极，以提高生产效率及节约成本。
本实用新型的一种组合式喷管阳极，其特征是喷管阳极主要由管壳（1）、紫铜压缩圈（5）、阳极喷管（3）和锁紧螺母（2）组成，其中：管壳（1）为圆筒体结构，管壳（1）的壁体上有冷却水进口（1-7）和冷却水出口（1-2），管壳（1）的前部壁体上有与锁紧螺母（2）配合的外螺纹（1-3），管壳（1）前端的壁体内侧有槽口（1-4）；紫铜压缩圈（5）和阳极喷管（3）设置在管壳（1）的内空间中，紫铜压缩圈（5）位于管壳（1）内的后部，紫铜压缩圈（5）的前部中心有圆形的榫槽（5-1），紫铜压缩圈（5）的后部为由后向前收窄的喇叭口结构，紫铜压缩圈（5）的喇叭口与榫槽（5-1）之间有贯通的圆形直孔，紫铜压缩圈（5）的喇叭口、圆形直孔和榫槽（5-1）同轴设置，紫铜压缩圈（5）的喇叭口外沿为直径扩大的突沿（5-2），突沿（5-2）的外壁与管壳（1）后部的内壁配合；阳极喷管（3）为由后向前逐渐扩张的锥形圆管，阳极喷管（3）后端的内空直径与紫铜压缩圈（5）上圆形直孔的直径相同，阳极喷管（3）的后部有榫头（3-3），榫头（3-3）的直径与紫铜压缩圈（5）上的榫槽（5-1）直径相同，阳极喷管（3）的前部外沿上有安装凸缘（3-1）和拆卸槽（3-2），拆卸槽（3-2）位于安装凸缘（3-1）之前，拆卸槽（3-2）的直径小于安装凸缘（3-1）的直径，凸缘（3-1）的直径与管壳（1）上的槽口（1-4）匹配；阳极喷管（3）后部的榫头（3-3）嵌入到紫铜压缩圈（5）的榫槽（5-1）中，阳极喷管（3）上的安装凸缘（3-1）置于管壳（1）的槽口（1-4）中，用锁紧螺母（2）把阳极喷管（3）紧密固定在管壳（1）上。
本实用新型中，在管壳（1）后部的外壁上有安装螺口（1-1）；在管壳（1）前端的槽口（1-4）中有密封环（4）；紫铜压缩圈（5）的外壁、阳极喷管（3）的外壁与管壳（1）之间的环形空间构成水套（Ⅰ），水套（Ⅰ）的下方连通到冷却水进口（1-7），水套（Ⅰ）的上方连通到冷却水出口（1-2）；紫铜压缩圈（5）的喇叭口空间构成放电区（Ⅷ）；紫铜压缩圈（5）与榫槽（5-1）之间的圆形直孔构成压缩孔道（Ⅶ）；阳极喷管（3）的锥形后端构成内喷口（Ⅵ），阳极喷管（3）的锥形空间构成喷射腔（Ⅳ），阳极喷管（3）的锥形前端构成外喷口（Ⅴ）；放电区（Ⅷ）依次通过压缩孔道（Ⅶ）和内喷口（Ⅵ）连通到喷射腔（Ⅳ）。
紫铜材料具有优良的导电性能及很高的导热系数，其导热系数达到400 W/m·℃以上，是钢材的七倍左右，应用紫铜材料制作喷管阳极的内套，通过水套的冷却作用，当等离子体电弧通过压缩孔道（Ⅶ）时，便对等离子体电弧产生强烈的磁压缩和冷压缩，使等离子体电弧进一步升温，提高加热效率。然而，紫铜材料的抗高温能力低，在喷射腔（Ⅳ）段的喷管壁体容易被烧蚀而损坏。
本实用新型的阳极内套由紫铜压缩圈（5）和阳极喷管（3）组合而成，其中阳极喷管（3）选用难熔金属制作，使喷管阳极中压缩孔道（Ⅶ）既具有强烈的磁压缩和冷压缩作用，同时又避免了喷射腔（Ⅳ）段的喷管壁体容易被烧蚀的问题。所述的难熔金属材料包括钨、钽、钼、铌的合金材料。
本实用新型由管壳（1）、紫铜压缩圈（5）、阳极喷管（3）和锁紧螺母（2）组合成喷管阳极，当紫铜压缩圈（5）或阳极喷管（3）损坏时，只需更换紫铜压缩圈（5）部件或阳极喷管（3）部件，而不需整体更换，达到节约成本。更换紫铜压缩圈（5）部件或阳极喷管（3）部件时，拆下锁紧螺母（2），再利用拆卸工具套住阳极喷管（3）前部外沿上的拆卸槽（3-2），就可方便地把紫铜压缩圈（5）部件和阳极喷管（3）部件卸下。
本实用新型的有益效果是：提供的一种组合式喷管阳极，使喷管阳极中压缩孔道既具有强烈的磁压缩和冷压缩作用，同时又避免了喷管壁体容易被烧蚀的问题，使阳极不易烧坏和不需整体更换阳极，提高生产效率及节约成本。
附图说明
图1是本实用新型的一种组合式喷管阳极的结构图。
图2是本实用新型的另一种组合式喷管阳极的结构图。
图3是本实用新型的组合式喷管阳极在等离子体喷枪上应用的示意图。
图中：1.喷管式阳极的管壳，1-1.安装螺口，1-2.冷却水出口，1-3.外螺纹，1-4.槽口，1-5.导流筒，1-6.隔板，1-7.冷却水进口；2.锁紧螺母；3.阳极喷管，3-1.喷管上的安装凸缘，3-2.喷管的拆卸槽，3-3.喷管上的榫头；4.密封环；5.紫铜压缩圈，5-1.压缩圈上的榫槽，5-2.压缩圈的外沿；6.密封垫；7.冷却水流；8.喷枪后座，8-1.工作气输入接口，8-2.冷却剂输入接口，8-3.冷却剂输出接口；9.阴极；10.密封圈；11.绝缘连接件；Ⅰ.水套，Ⅱ.第一水室，Ⅲ.第二水室，Ⅳ.喷射腔，Ⅴ.外喷口，Ⅵ.内喷口，Ⅶ.压缩孔道，Ⅷ.放电区，Ⅸ.气室，Ⅹ.工作气通道。
具体实施方式
实施例1 图1所示的实施方式中，一种组合式喷管阳极主要由管壳（1）、紫铜压缩圈（5）、阳极喷管（3）和锁紧螺母（2）组成，其中：管壳（1）为圆筒体结构，管壳（1）的壁体上有冷却水进口（1-7）和冷却水出口（1-2），管壳（1）后部的外壁上有安装螺口（1-1），管壳（1）的前部壁体上有与锁紧螺母（2）配合的外螺纹（1-3），管壳（1）前端的壁体内侧有槽口（1-4），槽口（1-4）中有密封环（4）；紫铜压缩圈（5）和阳极喷管（3）设置在管壳（1）的内空间中，紫铜压缩圈（5）位于管壳（1）内的后部，紫铜压缩圈（5）的前部中心有圆形的榫槽（5-1），紫铜压缩圈（5）的后部为由后向前收窄的喇叭口结构，紫铜压缩圈（5）的喇叭口与榫槽（5-1）之间有贯通的圆形直孔，紫铜压缩圈（5）的喇叭口、圆形直孔和榫槽（5-1）同轴设置，紫铜压缩圈（5）的喇叭口外沿为直径扩大的突沿（5-2），突沿（5-2）的外壁与管壳（1）后部的内壁配合；阳极喷管（3）为由后向前逐渐扩张的锥形圆管，阳极喷管（3）后端的内空直径与紫铜压缩圈（5）上圆形直孔的直径相同，阳极喷管（3）的后部有榫头（3-3），榫头（3-3）的直径与紫铜压缩圈（5）上的榫槽（5-1）直径相同，阳极喷管（3）的前部外沿上有安装凸缘（3-1）和拆卸槽（3-2），拆卸槽（3-2）位于安装凸缘（3-1）之前，拆卸槽（3-2）的直径小于安装凸缘（3-1）的直径，凸缘（3-1）的直径与管壳（1）上的槽口（1-4）匹配；阳极喷管（3）后部的榫头（3-3）嵌入到紫铜压缩圈（5）的榫槽（5-1）中，阳极喷管（3）上的安装凸缘（3-1）置于管壳（1）的槽口（1-4）中，用锁紧螺母（2）把阳极喷管（3）紧密固定在管壳（1）上。本实施例中，紫铜压缩圈（5）的外壁、阳极喷管（3）的外壁与管壳（1）之间的环形空间构成水套（Ⅰ），水套（Ⅰ）的下方连通到冷却水进口（1-7），水套（Ⅰ）的上方连通到冷却水出口（1-2）；紫铜压缩圈（5）的喇叭口空间构成放电区（Ⅷ）；紫铜压缩圈（5）与榫槽（5-1）之间的圆形直孔构成压缩孔道（Ⅶ）；阳极喷管（3）的锥形后端构成内喷口（Ⅵ），阳极喷管（3）的锥形空间构成喷射腔（Ⅳ），阳极喷管（3）的锥形前端构成外喷口（Ⅴ）；放电区（Ⅷ）依次通过压缩孔道（Ⅶ）和内喷口（Ⅵ）连通到喷射腔（Ⅳ）。
实施例2 图2所示的实施方式是在第1实施例的基础上，在水套（Ⅰ）中设置导流筒（1-5），导流筒（1-5）通过隔板（1-6）连接在管壳（1）的内壁上，隔板（1-6）把导流筒（1-5）外侧与管壳（1）内侧之间的空间分隔为第一水室（Ⅱ）和第二水室（Ⅲ），冷却水进口（1-7）在第一水室（Ⅱ），冷却水出口（1-2）在第二水室（Ⅲ），第一水室（Ⅱ）由后端连通导流筒（1-5）内侧的水套（Ⅰ）中，导流筒（1-5）内侧的水套（Ⅰ）由前端连通到第二水室（Ⅲ）。工作时，冷却水由冷却水进口（1-7）进入到第一水室（Ⅱ），再由后端进入水套（Ⅰ），水流从水套（Ⅰ）中通过，再经前端汇集到第二水室（Ⅲ）中，然后通过冷却水出口（1-2）输出；在水流从水套（Ⅰ）中通过时，水流对紫铜压缩圈（5）的外壁及阳极喷管（3）的外壁进行均匀冲刷，及时带走热量，更好地保护紫铜压缩圈（5）和阳极喷管（3）。
实施例3 图3所示的实施方式中，等离子体喷枪由组合式喷管阳极、喷枪后座（8）、阴极（9）和绝缘连接件（11）组成，其中，组合式喷管阳极的结构与第一实施例和第二实施例的结构相同，不再赘述；喷枪后座（8）上有阴极（9）的安装座、工作气输入接口（8-1）、冷却剂输入接口（8-2）和冷却剂输出接口（8-3），阴极（9）安装在喷枪后座（8）上，阴极（9）内有冷却剂回路，组合式喷管阳极通过绝缘连接件（11）安装在喷枪后座（8）上，阴极（9）的头部位于放电区（Ⅷ）中，喷枪后座（8）内有气室（Ⅸ），阴极（9）头部的外壁与绝缘连接件（11）内壁之间的空隙构成工作气通道（Ⅹ），工作气输入接口（8-1）连通到气室（Ⅸ），气室（Ⅸ）通过工作气通道（Ⅹ）连通到放电区（Ⅷ）。喷枪工作时，工作气或被加热的气体由工作气输入接口（8-1）进入到气室（Ⅸ）中，然后由工作气通道（Ⅹ）进入到放电区（Ⅷ），同时在阴极（9）与组合式喷管阳极之间施加电能，在阴极（9）的头端与阳极喷管（3）的内壁之间形成等离子体电弧，等离子体电弧通过压缩孔道（Ⅶ）和内喷口（Ⅵ）进入喷射腔（Ⅳ），再经外喷口（Ⅴ）形成等离子体火炬喷出。上述过程中，被加热的水蒸汽在放电区（Ⅷ）内被电离，成为离子弧，离子弧在经过压缩孔道（Ⅶ）、内喷口（Ⅵ）和喷射腔（Ⅳ）时，被进一步加热分解，成为目标产物。
Claims (5)
1.一种组合式喷管阳极，其特征是喷管阳极主要由管壳（1）、紫铜压缩圈（5）、阳极喷管（3）和锁紧螺母（2）组成，其中：管壳（1）为圆筒体结构，管壳（1）的壁体上有冷却水进口（1-7）和冷却水出口（1-2），管壳（1）的前部壁体上有与锁紧螺母（2）配合的外螺纹（1-3），管壳（1）前端的壁体内侧有槽口（1-4）；紫铜压缩圈（5）和阳极喷管（3）设置在管壳（1）的内空间中，紫铜压缩圈（5）位于管壳（1）内的后部，紫铜压缩圈（5）的前部中心有圆形的榫槽（5-1），紫铜压缩圈（5）的后部为由后向前收窄的喇叭口结构，紫铜压缩圈（5）的喇叭口与榫槽（5-1）之间有贯通的圆形直孔，紫铜压缩圈（5）的喇叭口、圆形直孔和榫槽（5-1）同轴设置，紫铜压缩圈（5）的喇叭口外沿为直径扩大的突沿（5-2），突沿（5-2）的外壁与管壳（1）后部的内壁配合；阳极喷管（3）为由后向前逐渐扩张的锥形圆管，阳极喷管（3）后端的内空直径与紫铜压缩圈（5）上圆形直孔的直径相同，阳极喷管（3）的后部有榫头（3-3），榫头（3-3）的直径与紫铜压缩圈（5）上的榫槽（5-1）直径相同，阳极喷管（3）的前部外沿上有安装凸缘（3-1）和拆卸槽（3-2），拆卸槽（3-2）位于安装凸缘（3-1）之前，拆卸槽（3-2）的直径小于安装凸缘（3-1）的直径，凸缘（3-1）的直径与管壳（1）上的槽口（1-4）匹配；阳极喷管（3）后部的榫头（3-3）嵌入到紫铜压缩圈（5）的榫槽（5-1）中，阳极喷管（3）上的安装凸缘（3-1）置于管壳（1）的槽口（1-4）中，用锁紧螺母（2）把阳极喷管（3）紧密固定在管壳（1）上。
2. 根据权利要求1所述的一种组合式喷管阳极，其特征是在管壳（1）后部的外壁上有安装螺口（1-1）。
3. 根据权利要求1所述的一种组合式喷管阳极，其特征是在管壳（1）前端的槽口（1-4）中有密封环（4）。
4. 根据权利要求1所述的一种组合式喷管阳极，其特征是紫铜压缩圈（5）的外壁、阳极喷管（3）的外壁与管壳（1）之间的环形空间构成水套（Ⅰ），水套（Ⅰ）的下方连通到冷却水进口（1-7），水套（Ⅰ）的上方连通到冷却水出口（1-2）。
5. 根据权利要求1所述的一种组合式喷管阳极，其特征是紫铜压缩圈（5）的喇叭口空间构成放电区（Ⅷ）；紫铜压缩圈（5）与榫槽（5-1）之间的圆形直孔构成压缩孔道（Ⅶ）；阳极喷管（3）的锥形后端构成内喷口（Ⅵ），阳极喷管（3）的锥形空间构成喷射腔（Ⅳ），阳极喷管（3）的锥形前端构成外喷口（Ⅴ）；放电区（Ⅷ）依次通过压缩孔道（Ⅶ）和内喷口（Ⅵ）连通到喷射腔（Ⅳ）。
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