CN211267224U - 一种高寿命等离子体电极结构 - Google Patents

Abstract

一种高寿命等离子体电极结构，包括等离子体发生器管式阳极，等离子体发生器管式阴极，其特征是：在等离子体发生器管式阳极外设置阳极电磁线圈，在等离子体发生器管式阴极外设置阴极电磁线圈；等离子体发生器管式阳极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成；等离子发生器管式阴极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成。特别适合在大功率、大电流等离子发生器应用，提高等离子体电极寿命。

Description

一种高寿命等离子体电极结构

技术领域

本实用新型涉及一种等离子体电极，尤其涉及一种大功率管式阴阳铜电极等离子体的电极结构。

背景技术

等离子体技术由于环保，节能，可靠，温度高等特性，由于材料的突破和成本的降低，已经越来越多的由军用转为工业应用。而且目前已经广泛被应用于燃煤电厂的煤粉点火、固废处理的垃圾发电、垃圾焚烧、危废处理等众多领域。在工业应用中，如电厂煤粉点火领域，中小功率的等离子发生器的阴极使用寿命最长约300小时，功率为约200kW，电流为250A左右，使用时间已经基本足够。但在固废和危废处理领域的大功率等离子应用，由于功率大，电流大，电流约在2000A左右，使用寿命非常短，这在一些固废处理工艺中，频繁更换发生器组件，对工艺流程而言，成本高，经济性差。所以，提高大功率、大电流等离子发生器的寿命成为等离子应用的关键点。

通过对目前市面上应用的柱状阴极等离子发生器、管状阴极等离子发生器的特性进行分析。需要对等离子弧进行约束，使其按照预定的目标运行，改善弧的运行轨迹，才能提高管式阴阳极等离子发生器的使用寿命。特别是在大功率、大电流等离子发生器应用场合。要改变等离子弧的运行轨迹，要对等离子弧进行约束，通过仿真及受力分析，电磁场在等离子发生器上的应用成为了首选。可以使得结构简单，接线方便，效果显著。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高寿命等离子体电极结构。模块化管状阴极和管状阳极，结构简单，拆装方便，突出地在内部结构设计上的创新使得内部气流场平稳可控。特别地与之配套的阴极电磁线圈，阳极电磁线圈，极大地提高管状电极的烧蚀寿命，解决了管状铜电极在大功率(大电流、高电压)下烧蚀寿命短的问题。

解决本实用新型所采用的技术方案是，一种高寿命等离子体电极结构，包括等离子体发生器管式阳极，等离子体发生器管式阴极，其特征是：在等离子体发生器管式阳极外设置阳极电磁线圈，在等离子体发生器管式阴极外设置阴极电磁线圈；等离子体发生器管式阳极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成；等离子发生器管式阴极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成。

所述的阳极电磁线圈绕组是中间有抽头串并联或者独立组合电磁线圈结构的2个线圈组成；所述的阴极电磁线圈绕组是中间有抽头串并联或者独立组合电磁线圈结构的2个线圈组成。

所述的等离子体发生器管式阳极由阳极拉斐尔喷口段、阳极稳弧段、拉斐尔中间进气口段和外部阳极水冷套组成；所述的等离子体发生器管式阴极由管式阴极中间进气拉菲尔进气口段、阴极稳弧段、管式阴极旋气环、管式阴极尾部进气拉斐尔段、堵头和外部阴极水冷套组成。

所述的等离子体发生器管式阳极的阳极稳弧段设置阳极电磁线圈绕组；所述的等离子体发生器管式阴极由管式阴极的阴极稳弧段设置阴极电磁线圈绕组。

为保证尾部进气具有一定的旋转角度，其特征是：所述的管式阴极旋气环，为尾部进气旋气环，环状块上设置有一定角度和一定数量均布的气流孔；所述管式阴极尾部进气拉菲尔段，形状为拉斐尔形状；所述管式阴极堵头为尾部进气的进气管接口段。

好处一是：模块化的管式阳极内部结构，使得气流场平稳。模块化的管式阴极内部结构，使得中间进气与尾部进气可以方便调节气流场在稳弧段的平衡旋转位置，使得弧落到稳弧段后旋转位置和扫描区间可以动态调节。特好处二是：不同组合结构的电磁线圈中，通以时间间隔可调、频率可调、幅值可调的交变电流，可使得其对等离子弧的旋转快慢和扫描区间长短进行动态调节。

所述阳极喷口段为拉斐尔形状，拉斐尔口的角度和阳极稳弧段的内径和长度尺寸可根据等离子体发生器的需要参数匹配。所述阳极拉斐尔中间进气口段，形状为拉斐尔形状，目的是使得中间进气的旋转度更好，流场过渡平滑。所述阳极稳弧段为弧的过渡区域，如果等离子弧需要转移，此段为过渡段，如果等离子不需要转移，此段为弧根段。所述水冷套为内部铜电极提供水冷的水夹套，水冷效果也直接影响铜电极的烧蚀效果。

所述管式阴极稳弧段为等离子弧根落弧区间，此区间也主要为电磁线圈对等离子弧的约束区间，此外部为电磁线圈安装区间。所述管式阴极中间进气拉菲尔进气口段，形状为拉斐尔形状，目的是使得中间进气的旋转度更好，流场过渡平滑。

所述管式阴极旋气环，为尾部进气旋气环，环状块上具有一定角度和一定数量均布的气流孔。目的是保证尾部进气具有一定的旋转角度。所述管式阴极尾部进气拉菲尔段，形状为拉斐尔形状，目的是使得尾部进气的旋转度更好，流场过渡平滑。所述管式阴极堵头为尾部进气的进气管接口段。连接快插，方便快捷。所述水冷套为内部铜电极提供水冷的水夹套，水冷效果也直接影响铜电极的烧蚀效果。

所述等离子发生器管式阳极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈铜管绕组、电磁线圈两端连接头、两组独立固定绕组、中间抽头构成。所述电磁线圈绝缘隔热套筒是由玻纤绝缘及隔热，保护电磁线圈绕组不被破坏。所述电磁线圈绕组为对等离子约束所需要的电磁力而特定设计的电磁线圈绕组，匝数根据管状铜电极的内径大小，外加交变电流的频率可灵活设置，目的是产生使得等离子弧旋转和移动所需要的磁场。所述电磁线圈两端连接头为电磁线圈通电而设计的两个接线端子。所述接线端子可与其它电极或者电源的正极或者负极进行串联或者并联。所述两组独立固定绕组为两组匝数固定，均布在电极水冷套外表面，可以按照设计要求接入两组外部交变电源，可按照设定的固定时间间隔交替工作。达到使等离子弧旋转和移动的效果，从而延长等离子弧在铜电极上的烧蚀寿命。

所述等离子发生器管式阴极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈铜管绕组、电磁线圈两端连接头、两组独立固定绕组、中间抽头构成。所述电磁线圈绝缘隔热套筒是由玻纤绝缘及隔热，保护电磁线圈绕组不被破坏。所述电磁线圈绕组为对等离子约束所需要的电磁力而特定设计的电磁线圈绕组，匝数根据管状铜电极的内径大小，外加交变电流的频率可灵活设置，目的是产生使得等离子弧旋转和移动所需要的磁场。所述电磁线圈两端连接头为电磁线圈通电而设计的两个接线端子。所述接线端子可与其它电极或者电源的正极或者负极进行串联或者并联。所述两组独立固定绕组为两组匝数固定，均布在电极水冷套外表面，可以按照设计要求接入两组外部交变电源，可按照设定的固定时间间隔交替工作。达到使等离子弧旋转和移动的效果，从而延长等离子弧在铜电极上的烧蚀寿命。

所述等离子发生器管式阳极电磁线圈的结构为特定设计的串并联或者独立组合电磁线圈结构。所述阳极电磁线圈绕组为对等离子约束所需要的特定电磁力而设计的电磁线圈绕组匝数。两组线圈中可以通入一定频率的交变电流，交变电流产生交变的磁场，交变电流的大小不同，旋转速率不同，交流电流的频率不同，轴向移动的宽度范围不同。两组电磁线圈中通以两组独立的外部交变电源，两组交变电源可以设置固定的时间间隔交替工作。

所述等离子发生器管式阴极电磁线圈的结构为特定设计的串并联或者独立组合电磁线圈结构。所述阴极电磁线圈绕组为对等离子约束所需要的特定电磁力而设计的电磁线圈绕组匝数。两组线圈中可以通入一定频率的交变电流，交变电流产生交变的磁场，交变电流的大小不同，旋转速率不同，交流电流的频率不同，轴向移动的宽度范围不同。两组电磁线圈中通以两组独立的外部交变电源，两组交变电源可以设置固定的时间间隔交替工作。

本实用新型的有益效果：本实用新型的管状阴阳铜电极并与之配套的阴阳极电磁线圈，采用模块化的安装结构，在安装、调试、拆卸和维护时方便快捷，更特别是管状铜电极在增加配套的阴阳极电磁线圈之后，使得管状铜电极在大电流、高电压下的烧蚀寿命极大地提高。并且，实现方式灵活，2组独立线圈可以分时交替工作，理论上可以使得烧蚀寿命再翻倍。如果在2组独立线圈的基础上再匹配一定频率的交变电流，将使得等离子弧在管状铜电极内表面的轴向移动范围更长，这更有利于烧蚀寿命的增加。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型一种高寿命等离子体电极结构剖视图。

图2为本实用新型一种高寿命等离子体电极结构立体示意图。

具体实施方式

如图1、2所示：本实施例的一种用电磁线圈提高等离子体电极烧蚀寿命的结构，包括等离子体发生器阳极20、等离子体发生器阴极10、阳极电磁线圈50、阴极电磁线圈40及其辅助组件，所述等离子体发生器阳极20和等离子体发生器阴极10是通过阴极法兰17、阳极法兰25连接成一体，所述等离子体发生器阳极20和等离子体发生器阴极10需内嵌旋气环32组件，用以吹入压缩气体风；所述阳极电磁线圈50是与等离子体阳极20组合为一体，用以延长阳极铜电极的烧蚀寿命；所述阴极电磁线圈40是与等离子体阴极10组合为一体，用以延长阴极铜电极的烧蚀寿命；最终达到整体延长等离子体阴阳极烧蚀寿命的目的。

本实施例中，所述等离子体发生器阳极20，包括阳极喷口段21、稳弧段22、进气拉斐尔口段23，一端是阳极法兰25，外部设置冷却用阳极水夹套24、阳极冷却水进口26和阳极冷却水出口27，使整个等离子体发生器阳极组件模块轻量化和标准化成为可能。

本实施例中，所述等离子体发生器阴极10，包括尾部有进气口11的堵头12、包括阴极尾部进气旋气环13、尾部进气拉斐尔入口段、稳弧段14、中间进气拉斐尔进气口段15、一端是阴极法兰17，外部设置冷却用阴极水夹套16、阴极冷却水进口18和阴极冷却水出口19，使整个等离子体发生器阴极组件模块轻量化和标准化成为可能。

管式阳极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成；等离子发生器管式阴极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成。

本实施例中，所述等离子体阳极电磁线圈50，是由铜管材料制作而成,阳极电磁线圈第一抽头51、阳极电磁线圈中间抽头52和阳极电磁线圈第二抽头53，匝数固定的2组独立电磁线圈并联组成；2组独立电磁线圈都外接交变电流，2组独立线圈分时交替工作。

本实施例中，所述2组独立电磁线圈通以频率可调的交变电流，由交变的电流产生交变磁场，使得阳极等离子弧在交变磁场作用下，径向旋转。使得等离子电弧有规律地以一定频率在铜电极内表面旋转，使得电弧在一圆周上均匀烧蚀，以便减少电弧对某一点的深度烧蚀。阳极等离子弧在交变磁场作用下，轴向移动。使得等离子电弧有规律地以一定频率在铜电极内表面一定区间轴向周而复始的移动，使得电弧在轴向一段区间上均匀烧蚀，以便减少电弧对某一圆周某一点的深度烧蚀。

本实施例中，所述等离子体阴极电磁线圈40，是由铜管材料制作而成，阴极电磁线圈第一抽头41、阴极电磁线圈中间抽头42和阴极电磁线圈第二抽头43，匝数固定的2组独立电磁线圈并联组成；2组独立电磁线圈都外接交变电流，2组独立线圈分时交替工作。

本实施例中，所述2组阴极独立电磁线圈通以频率可调的交变电流，由交变的电流产生交变磁场，使得阴极等离子弧在交变磁场作用下，径向旋转。使得等离子电弧有规律地以一定频率在阴极铜电极内表面旋转，使得电弧在一圆周上均匀烧蚀，以便减少电弧对某一点的深度烧蚀。阴极等离子弧在交变磁场作用下，轴向移动。使得等离子电弧有规律地以一定频率在阴极铜电极内表面一定区间轴向周而复始的移动，使得电弧在阴极轴向一段区间上均匀烧蚀，以便减少电弧对某一圆周某一点的深度烧蚀。

本实用新型的管式阳极组件尺寸、管式阴极组件尺寸、阳极电磁线圈匝数、阴极电磁线圈匝数、磁场强度等的相关计算依据和实验结果数据，在此不再赘述。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高寿命等离子体电极结构，包括等离子体发生器管式阳极，等离子体发生器管式阴极；其特征是：在等离子体发生器管式阳极外设置阳极电磁线圈，在等离子体发生器管式阴极外设置阴极电磁线圈；等离子体发生器管式阳极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成；等离子发生器管式阴极电磁线圈由电磁线圈绝缘隔热套筒、电磁线圈绕组、电磁线圈匝间绝缘层、电磁线圈两端电缆连接头、电磁线圈两端冷却水连接头、电磁线圈中间抽头组成。

2.如权利要求1所述的高寿命等离子体电极结构，其特征是：所述的阳极电磁线圈绕组是中间有抽头串并联或者独立组合电磁线圈结构的2个线圈组成；所述的阴极电磁线圈绕组是中间有抽头串并联或者独立组合电磁线圈结构的2个线圈组成。

3.如权利要求1或2所述的高寿命等离子体电极结构，其特征是：所述的等离子体发生器管式阳极由阳极拉斐尔喷口段、阳极稳弧段、拉斐尔中间进气口段和外部阳极水冷套组成；所述的等离子体发生器管式阴极由管式阴极中间进气拉菲尔进气口段、阴极稳弧段、管式阴极旋气环、管式阴极尾部进气拉斐尔段、堵头和外部阴极水冷套组成。

4.如权利要求1或2所述的高寿命等离子体电极结构，其特征是：所述的等离子体发生器管式阳极的阳极稳弧段设置阳极电磁线圈绕组；所述的等离子体发生器管式阴极由管式阴极的阴极稳弧段设置阴极电磁线圈绕组。

5.如权利要求3所述的高寿命等离子体电极结构，为保证尾部进气具有一定的旋转角度，其特征是：所述的管式阴极旋气环，为尾部进气旋气环，环状块上设置有一定角度和一定数量均布的气流孔；所述管式阴极尾部进气拉菲尔段，形状为拉斐尔形状；所述管式阴极堵头为尾部进气的进气管接口段。

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