CN206851127U - 一种阳极结构及具有该阳极结构的等离子发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种阳极结构，属于等离子发生器领域，该阳极结构呈拉瓦尔喷管结构，包括引弧放电腔、等离子压缩腔和等离子喷射腔。其中，引弧放电腔的内周壁上沿周向开设有多个直接连通引弧放电腔和等离子喷射腔的中空孔道，作为等离子发生器接触引弧时，平衡接触面前后腔体空气介质压力的恒压孔。本实用新型还公开了具有上述阳极结构的等离子发生器。本实用新型公开的阳极结构及具有该阳极结构的等离子发生器，在引弧放电腔与等离子喷射腔之间开设的恒压孔，平衡了等离子发生器接触引弧时接触面前后腔体的空气介质压力，保证空气介质压力在规定的压力范围内，有效提升了接触式引弧的稳定性，提高了等离子发生器的工作效率。
Description
技术领域
本实用新型属于等离子发生器领域，具体涉及一种阳极结构及具有该阳极结构的等离子发生器。
背景技术
等离子发生器在高温热源方面的应用已经十分广泛，尤其是电弧等离子体发生器。其一般结构包括阴极结构、阳极结构、电源系统、冷却水系统、压缩空气系统等。上述结构中，阳极结构主要包括引弧放电区、等离子压缩区、等离子喷射区，其中引弧放电区是等离子发生器的阴极结构与阳极结构向作用的核心区域，阴极头在此区域与阳极的前端相互作用引弧发电。阳极结构对于引弧发电的稳定性，以及阴极头的寿命都有着十分重要的影响，影响着等离子发生器的工作效率和运行成本。
在等离子发生器引弧发电时，根据等离子功率大小，一般有非接触式引弧和接触式引弧两种方式。非接触式引弧，即引弧发电过程中，阴极头引弧面与阳极引弧放电腔内壁不接触，这一方式通常适用于阴阳极间隙小，气压较低，等离子功率较小的等离子发生器。而对于等离子功率较大的等离子发生器，一般采用接触式引弧的方式，即引弧发电过程中，阴极结构的阴极头先与阳极结构的前端紧密接触，再后移一定的距离，增加引弧面与阳极放电腔内壁的间隙，这种结构通常适用于功率较大，气压较大的等离子发生器。接触式引弧虽然能获得较大功率的等离子，但由于阳极结构与阴极结构紧密接触，使得接触面前后的气体介质气压不平衡，接触面后端靠近阴极结构一侧的空气压力不断升高。而在等离子发生器的运行过程中，空气介质的压力对于引弧发电的稳定性有着十分重要的影响，必须控制空气介质的压力在规定的范围内。在现有技术中，通常通过改变阴极头的结构来改善阴极结构与阳极结构的接触情况，以此来改善接触面前后的空气介质压力，提升引弧发电的稳定性。
如图1～2所述的阳极结构是现有技术中为解决接触式引弧过程中接触面前后气压不平衡所做的一种改进方案，其中采用的技术手段是改变阴极头的表面结构，例如在阴极头前端开设有若干个通气槽，将引弧发射头设置成若干个引弧块，每个引弧块之间留有的空隙作为阴极头与阳极结构接触时的空气介质通道，平衡接触面前后的空气压力。这一改进方案在一定程度上使得阴极头与阳极接触时，接触面前后的空气介质能实现压力平衡，保证接触面前后的空气介质在规定的压力范围内，提升引弧发电的稳定性。但是，这种结构改变使阴极头与阳极结构的单面接触变成了多点接触或者多面接触，减小了阴极头引弧起电时与阳极的作用面积，加速了阴极头引弧面被氧化的速率，减少了阴极头的使用寿命，而且可能导致引弧功率和稳定性降低。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种阳极结构及具有该阳极结构的等离子发生器，其中通过在阳极结构引弧放电腔的前端上开设连通阳极结构后端等离子喷射腔的通孔，平衡接触式引弧过程中接触面前后空气介质的压力，从而大大提升引弧发电的稳定性，而且可以减小阴极头引弧面被氧化的速率提升阴极头的使用寿命。
为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供一种等离子发生器的阳极结构，其特征在于，所述阳极结构为中空筒体状，其内腔呈拉瓦尔喷管结构，内腔结构沿空气介质流动方向依次为引弧放电腔、等离子压缩腔和等离子喷射腔，其中，在所述引弧放电腔内周壁上沿周向开设有多个直接连通引弧放电腔和等离子喷射腔的中空孔道，作为接触引弧时平衡阴极与阳极接触面前后腔体空气介质压力的恒压孔。
作为本实用新型的进一步改进，在引弧放电腔内周壁上开设的恒压孔沿内周壁周向上均匀分布。
作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔一端开设在引弧放电腔内径最大的内周壁上，另一端开设在等离子喷射腔与等离子压缩腔的交界处的壁面上。
作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔的数量为10～16个。
作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔的径向截面形状为圆形。
作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔的孔径为2～4mm。
作为本实用新型的进一步改进，所述引弧放电腔内周壁沿轴向的倾斜角度与阴极头引弧面沿轴向的倾斜角度一致，保证所述阳极结构的引弧放电腔的内周壁面能与阴极结构的引弧面匹配接触。
按照本实用新型的另一个方面，提供一种具有上述阳极结构的等离子发生器。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本实用新型的阳极结构中，通过在引弧放电腔与等离子喷射腔之间设置多个连通两腔室的恒压孔，从而可以平衡接触引弧时阴极与阳极接触面前后的空气介质压力，提升等离子发生器引弧放电的稳定性；
(2)本实用新型的阳极结构中，仅需在阳极结构引弧放电腔的内周壁上铣凿数个一定尺寸的恒压孔就能实现平衡接触面前后空气介质压力的目的，结构简单，无需对阴极结构做出改进，而且加工工艺简单，操作方便；
(3)本实用新型的阳极结构中，引弧放电腔内周壁沿轴向的倾斜角度与阴极头引弧面沿轴向的倾斜角度一致，两者可直接匹配接触，从而增加了阴极结构接触引弧时接触面的面积，降低了阴极结构引弧面被氧化的速率，提升了阴极结构的使用寿命。
附图说明
图1是现有技术中阳极结构与阴极结构的配合示意图；
图2是现有技术中改变阴极头结构后阴极头的左视图；
图3是本实用新型实施例中的阳极结构与阴极结构未接触时的示意图；
图4是本实用新型实施例中的阳极结构引弧放电腔一端的右视图；
图5是本实用新型实施例中的阳极结构与阴极结构接触时的示意图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.阳极结构，2.恒压孔，3.阴极结构，301.阴极头开槽后的阴极结构，4.引弧放电腔，5.等离子压缩腔，6.等离子喷射腔；Ⅰ.空气介质流通方向，Ⅱ.阳极结构冷却水流动方向；A-A.开槽阴极头的左视方向；B-B.阳极结构引弧放电腔的右视方向。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是现有技术中等离子发生器的阳极结构与阴极结构的配合示意图；图2是现有技术中改变阴极头结构后阴极头的左视图；图3是按照本实用新型实施例的阳极结构与阴极结构未接触时的示意图；图4是按照本实用新型实施例的阳极结构引弧放电腔一端的右视图；图5是按照本实用新型实施例的阳极结构与阴极结构接触时的示意图。
如附图3～5所示，本实用新型实施例的阳极结构1为拉瓦尔喷管结构，包括引弧放电腔4、等离子压缩腔5和等离子喷射腔6，阳极结构1的外壁周可设置有阳极冷却水系统，阳极结构1优选一体成型，也可以分体成型。
如图3所示，阳极结构1的引弧放电腔6优选是与外界连通的一端呈圆柱形状的空腔，另一端为逐渐缩小的圆锥形空腔，圆锥形空腔内径最小处与等离子压缩腔5的一端相连；等离子压缩腔5为呈圆柱形状的空腔，一端与等离子喷射腔6相连，一端与引弧放电腔4的内径最小处相连；引弧放电腔4是呈圆锥形状的腔体结构，其内径最小处与等离子压缩腔5的一端相连，内径沿着背离等离子压缩腔5的方向逐渐扩大。
引弧放电腔4的内周表面沿周向均匀开设有多个连通等离子喷射腔6的直通孔，作为接触引弧放电时平衡接触面前后空气介质压力的恒压孔2。优选地，恒压孔2在引弧放电腔4的内周壁周向上均匀分布，其一端开设在引弧放电腔4的内径最大处，另一端开设在等离子压缩腔5和等离子喷射腔6的交界处。
在一个优选实施例中，恒压孔2的数量为12个，当然也可以为其他数量，例如10个、13个、15个、16个等，优选冷却槽的数量为10～16个。恒压孔2的截面形状优选为圆形，也可以是本领域技术人员能实现的其它形状，例如一个优选实施例中，恒压孔2的截面形状为圆形。各恒压孔2的内径优选相同，也可以不同，恒压孔2的内径可以根据实际需求进行具体确定，例如一个优选实施例中，内径为3mm。当然，本实用新型中对恒压孔2的内径并不作具体限定，可以为其他适当的数值，优选恒压孔2的内径为2～4mm。
等离子发生器开始工作时，阴极结构3的引弧发射面先与阳极结构1的引弧放电腔4的内周面紧密接触，如图5所示。此时引弧放电腔4被阴极结构3封闭，接触面前后腔体的空气介质无法通过引弧放电腔4连通，空气介质按照流通方向Ⅰ通过恒压孔2自引弧放电腔4的一端流通到等离子喷射腔6的一端，平衡接触面前后腔体的空气介质压力。此后，阴极结构3后移一定距离，阴极结构3与引弧放电腔4的内周壁不再接触，如图3所示。优选的，上述工作进行的同时，阳极结构1的外周上有冷却水沿方向Ⅱ对阳极结构进行冷却。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种等离子发生器的阳极结构，其特征在于，该阳极结构为中空筒体状，呈拉瓦尔喷管结构，筒体内腔沿气体介质流向方向依次为引弧放电腔(4)、等离子压缩腔(5)和等离子喷射腔(6)；其中，
所述引弧放电腔(4)的内周壁上沿周向开设有多个直接连通引弧放电腔(4)与等离子喷射腔(6)的中空孔道，作为等离子发生器接触引弧时平衡接触面前后腔体内空气介质压力的恒压孔(2)。
2.根据权利要求1所述阳极结构，其中，在引弧放电腔(4)内周壁上开设的多个恒压孔(2)沿内周壁周向上均匀分布。
3.根据权利要求1所述阳极结构，其中，所述恒压孔(2)一端开设在引弧放电腔(4)内周壁内径最大处，另一端开设在等离子压缩腔(5)和等离子喷射腔(6)交界处的壁面上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极结构，其中，所述恒压孔(2)的数量为10-16个。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极结构，其中，所述恒压孔(2)径向截面形状为圆形。
6.根据权利要求5所述的阳极结构，其中，所述恒压孔(2)的孔径为2～4mm。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极结构，其中，所述引弧放电腔(4)为孔径沿介质气体流向方向逐渐缩小的锥形腔，所述等离子喷射腔(6)的孔径沿介质气体流向方向逐渐增大至一定值后沿轴向保持不变。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极结构，其中，所述等离子压缩腔(5)沿轴向方向的孔径不变，其直径不大于所述引弧放电腔(4)和等离子喷射腔(6)的孔径。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极结构，其中，所述引弧放电腔(4)内周壁沿轴向的倾斜角度与阴极结构(3)引弧接触面沿轴向的倾斜角度一致，两者匹配接触。
10.一种具有权利要求1至9中任一项所述阳极结构的等离子发生器。
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| CN110248457A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-17 | 深圳杜摩韦尔工程技术有限公司 | 一种超小型等离子喷枪 |
| CN110784982A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-02-11 | 南京航空航天大学 | 一种等离子体射流装置 |
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