CN211831302U - 一种用于离子棒的放电电极组件 - Google Patents

Abstract

一种用于离子棒的放电电极组件，属静电消除领域。其放电极组件包括放电极、电极套和电极座；放电极与电极套套装设置，电极套的首端与电极座连接，电极套的末端与离子棒中的线路板连接；在电极座中设置有气道；放电极的纵向轴线与气道的纵向轴线重合；气道包含依次连接的进气段、混合段、收缩段、喉口和扩张段；扩张段的末端构成电极座的气道出口；气道出口为一个喇叭状开口结构。其通过优化进气结构、气道结构、出气结构以改善离子化气流的输出状态，使离子棒在沿其长度方向上各个放电电极组件的输出气量均匀，在同一垂直测试距离上，离子棒两侧水平方向上气流运动状态一致，能取得更均衡、更快速的静电消除效果和获得角度更大的消电范围。

Description

一种用于离子棒的放电电极组件

技术领域

本实用新型属于静电消除领域，尤其涉及一种用于使棒状消电装置消电性能一致的放电电极组件。

背景技术

离子棒是一种通过向带静电物体输送正负离子，以中和带电物体表面静电荷的消电装置。其输送离子的方式基本分为两种，其一是靠放电极所产生的高压电场及带电物体表面相反电荷所形成的电荷场的综合电场力的作用下，输送到带电物体表面，此种方式的最大缺陷是离子的输送距离较短，超过15cm距离时，其输送能力就明显减弱了；其二是利用外接的压缩空气(亦称压缩气流，简称气流)从放电极附近吹出，将放电极处产生的正负离子快速的输送至带电物体表面。

例如，本申请人此前申请的中国实用新型专利“一种高功率离子棒”(授权公告日：2012.03.07，授权公告号：CN 202160327 U)，即是采用上述第二种类型工作模式的静电消除装置。其采用长条状的棒状结构，通过现场压缩空气总管外接输入的压缩空气，从离子棒的一端进入，通过设置在棒身中的通气孔或气道，传送至每个放电极处的出气孔处，向外输出压缩空气，形成气流，将放电极处产生的正负离子快速的输送至带电物体表面。

在实际使用过程中发现，此类离子棒放电极组件的结构设计，对压缩气流的输送状态有着极大的影响，进而对离子棒的消电性能产生重要的影响。

现有的离子棒因放电极组件的结构设计不合理，会产生如下现象：

1、如图1中所示，压缩空气(图中标注为压缩气流输入a)经总进气口端(图中标注为带节流阀气源接头b)输入至离子棒(图中用LZB标识)，经总供气管输送至各个放电极组件c处，经放电极处的出气孔处向外输出压缩空气，形成气流。

在总的压缩空气输入压力一定时，沿离子棒长度方向上，由于存在一个压缩空气气压梯度下降的现象，使得各个出气孔处的输出气流量不均匀，离总进气口端(图中为左侧端)近的出气孔输出气流量大，离总进气口端远的出气孔输出气流量小，致使离子棒在同一垂直位置(图中以距离300来表示)下的两端(即离总进气口端近的一端和离总进气口端远的另一端，亦即图中离子棒的左侧端和右侧端)的消电性能不一致，具体体现如消电时间有快有慢(意味着图中靠左侧的第一平板电荷测试仪P1接收到的正、负离子量，要多于靠右侧的第三平板电荷测试仪P3所接收到的正、负离子量)，平衡电压时高时低；

2、如图2中所示，在总的压缩空气输入压力一定时，同一个放电极组件c处的输出气流状态紊乱，同一垂直测试距离下，由于离子棒LZB两端在水平方向上的气流速度大小不一(意味着图中棒前平板电荷测试仪P4与棒后平板电荷测试仪P5 所接收到的正、负离子量不相等或不相近)，造成消电时间不一致；

3、气流量消耗大，气流压降过大，导致气流速度降低，消电时间缓慢。

更具体的来说，如图3a至图3c、图4中所示，现有电极座6内的气道设计均为圆形或方形的直通气道3-0，在直通气道的末端没有设置气流加速结构(这也是直通气道名称的来由)。方形直通气道容易造成的问题是由于放电极的横截面为圆形，而气道的横截面为方形，气流从方形孔的4个直角处流出，气流状态紊乱，气流分布不均匀，导致有些方位气流很弱，有些方位气流较强，致使对应方位的消电性能偏差较大，如气流较弱的方位消电速度很慢，气流较强的方位消电速度很快，平衡电压波动较大。而对于圆形直通气道而言，气流无法加速，导致消电速度无法提高；圆形直通气道虽各方位的气流分布较为均匀，但由于其直通式的结构所限，无法获得较宽广的消电范围。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于离子棒的放电电极组件。其通过优化进气结构、气道结构、出气结构以改善离子化气流的输出状态，使离子棒在沿其长度方向上各个放电电极组件的输出气量均匀，在同一垂直测试距离上，离子棒两侧水平方向上气流运动状态一致，并能在同一气源压力下减少气流量消耗，提高气流速度，取得更均衡、更快速的静电消除效果和获得角度更大的消电范围。

本实用新型的技术方案是：提供一种用于离子棒的放电电极组件，其特征是：

所述的放电极组件包括放电极、电极套和电极座；

所述的放电极与电极套套装设置，电极套的首端与电极座连接，所述电极套的末端与离子棒中的线路板连接；

在电极座中设置有气道；

所述放电极的纵向轴线与气道的纵向轴线重合；

所述的气道包含依次连接的进气段、混合段、收缩段、喉口和扩张段；

所述扩张段的末端，构成电极座的气道出口；

所述的气道出口为一个喇叭状开口结构。

具体的，所述放电极的整体结构为针形、圆柱棒形或圆管形；所述的放电极插入电极套内设置。

具体的，所述电极套的整体结构为圆筒形结构；电极套的首端插入电极座中设置。

进一步的，所述气道沿横向轴的截面为圆形；所述的气道沿电极座的纵向中心轴线设置。

进一步的，在所述电极套插入电极座的首端部分，设置四个彼此等角度分离设置的电极套伸出臂；在两个相邻的电极套伸出臂之间，设置有相邻间隙；所述电极套的中部凸起呈圆筒台状，在凸起圆筒台的底部，设置有四个彼此等角度分离的电极套进气间隙；所述四个电极套进气间隙与四个电极套伸出臂之间的相邻间隙分别对应贯通；压缩空气经进气间隙和相邻间隙，流入电极座内的气道中。

进一步的，在电极座前部的喇叭状开口及开口周围，等角度分离设置有四条电极座外围凸筋；在电极座的后部，设置有外螺纹安装柱；所述的电极座经外螺纹安装柱与离子棒的棒体固接；所述电极座出气口的端面、外螺纹安装柱的顶面与电极套凸起圆柱台下部的端面三者之间彼此平行。

更进一步的，所述的气道中，扩张段的扩张角α小于收缩段的收缩角β。

其所述气道收缩段、扩张段与喉口的曲率半径相同。

所述的放电极与电极套之间过盈配合。

本技术方案所述的气道结构根据下述两个公式确定各个参数：

其中，D_出气口为电极座端面出气口直径，D_{出气口端面电极径向截面}为电极座出气口端面所在平面的放电极的径向截面直径，D_候口为喉口直径，D_{喉口端面电极径向截面}为电极座喉口端面所在平面的放电极径向截面直径，P_入为电极座气道收缩段入口处的气流压力；n 为出气口个数，S_进为离子棒气腔进气口面积。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1、本技术方案中，因气道的出气口面积得到优化控制，沿离子棒长度方向上各放电电极组件出气口的输出气流量均匀、稳定，使离子棒在同一垂直位置下两端的消电性能一致，消电时间一致，能够获得更宽广的消电范围。

2、本技术方案中，因电极座的气道沿横向轴截面均为圆形，且出气口端面、电极座螺纹安装柱顶面、电极套凸起圆柱下部端面三者彼此平行，使得放电极位于气道中心位置，由此保证了放电极组件处的输出气流在离子棒两侧位置处的流动状态一致，在同一垂直测试距离上，离子棒两侧水平方向上气流速度大小相同，消电性能一致。

3、与现有的直通式气道设计相比，本技术方案大幅缩小了气道容积，并设置了先收缩后扩张的气流加速结构，明显降低了气流量消耗，使得沿离子棒长度方向上的气流压降基本保持不变，气流速度得到较大提升，消电速度明显增大。

附图说明

图1是离子棒长度方向上的测试示意图；

图2是离子棒两侧水平方向上的测试示意图；

图3a是现有电极座结构示意图；

图3b是图3a的A向剖视图；

图3c是图3a的B向剖视图；

图4是现有放电极组件的组合结构示意图；

图5是本实用新型放电极的结构示意图；

图6a至图6d是本实用新型电极套的结构示意图；

图7a至图7d是本实用新型电极座的结构示意图；

图8是本实用新型电极座内部的气道结构示意图；

图9是本实用新型气道收缩扩张段局部结构示意图；

图10是本实用新型放电极组件的组合结构示意图。

图中，a为压缩气流输入，b为带节流阀气源接头，c为放电极组件，P1至P3 为第一至第三平板电荷测试仪，P4为棒前平板电荷测试仪，P5为棒后平板电荷测试仪；

1为放电极，2为电极套，2-1为电极套进气间隙，2-2为电极套伸出臂，3为电极座，3-1为电极座气道进气段，3-2为电极座气道混合段，3-3为电极座气道收缩段，3-4为电极座气道喉口，3-5为电极座气道扩张段，3-6为电极座外螺纹安装柱， 3-7为电极座外围凸筋，3-8为气道4为现有放电极，5为现有放电极卡簧，6为现有电极座，3-0为直通气道；

α为扩张角，β为收缩角，D1为喉口直径，D2为喉口端面所在平面的放电极径向截面直径，D3为电极座出气口端面所在平面的放电极径向截面直径，D4为电极座出气口直径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

本实用新型的技术方案，提供了一种用于离子棒的放电电极组件，其发明点在于：

在离子棒上沿离子棒的长度方向上设置数个放电极组件；放电极组件包括放电极1、电极套2和电极座3；放电极与电极套套装设置，电极套的首端与电极座连接；在电极座中设置有沿纵向中心轴线设置的气道3-8；该气道包含依次连接的进气段3-1、混合段3-2、收缩段3-3、喉口3-4和扩张段3-5；其扩张段的末端，构成电极座气道出口；该气道出口为一个喇叭状开口结构。

在本实用新型的技术方案中，电极座的气道，采用先收缩后扩张的气流加速结构模式，缩小了气道容积，起到加速气道出口处气流流速的作用；且由于气道出口喷射角度的增大，能获得更宽广的消电范围；

本实用新型的技术方案，通过改变电极座中气道的结构，来改善各个放电极组件离子化气流的输出状态，使离子棒在沿其长度方向上各个放电极组件的输出气量均匀，在同一垂直测试距离上，离子棒两侧水平方向上各个放电极组件的气流运动状态一致；并能在同一气源压力下减少气流量消耗，提高气流速度，取得更均衡、更快速的静电消除效果。

具体来说，本实用新型技术方案中，放电极1的结构尺寸与电极套和电极座相匹配即可，可以是针形、圆柱棒形、圆管形，本说明书中以针形结构为例进行示意，具体见图5中所示。

放电极的直径可略大于电极套2的内径，或在电极套上加工内凹点，使放电极与电极套内的凹点之间过盈配合。

图6a为电极套的仰视图，图6b为图6a的A-A截面剖视图，图6c为电极套的外形结构示意图，图6d为电极套的立体图。由图可知，本技术方案中电极套2的下部是4个向前伸出的电极套伸出臂2-2(简称金属臂)，4个金属臂结构尺寸相同，在同一圆端面内等角度设置；电极套中部凸起的圆筒底部等角度设置4个彼此分离的电极套进气间隙2-1(简称进气间隙)，4个进气间隙结构尺寸相同，此4个进气间隙与上述4个金属臂之间的间隙贯通，各个间隙的宽度一致。

图7a为电极座的仰视结构示意图，图7b为图7a中A-A剖面的剖视结构示意图，图7c为电极座的侧视结构示意图，图7d为电极座的立体示意图。由图可知，本实用新型技术方案中，电极座3包括沿纵向中心轴线设置的气道3-8，在电极座前部的喇叭状开口及开口周围，等角度地设置有四条电极座外围凸筋3-7(简称外围凸筋)，电极座后部设置有电极座外螺纹安装柱3-6(简称外螺纹安装柱)，电极座经外螺纹安装柱与离子棒的气腔机械安装在一起。

结合图7a、图8及图9中所示可知，电极座的气道沿横向轴截面均为圆形，电极座的气道包含依次连接的电极座气道进气段3-1(简称进气段)、电极座气道混合段3-2(简称混合段)、电极座气道收缩段3-3(简称收缩段)、电极座气道喉口 3-4(简称喉口)以及电极座气道扩张段3-5(简称扩张段)，以下分别对其进行说明：

1、进气段3-1：

进气段的作用是将电极套进气间隙进入的压缩气流引入进来，为收缩段的气流混合、加速做准备。

2、混合段3-2：

进气段3-1与收缩段3-3之间需要圆滑过渡，以避免加工时电极座气道内部应力集中，导致电极座在高压电场下使用寿命受到影响。

进气段与收缩段之间的过度部分，即混合段3-2。

混合段相对气道呈向外凸起状结构，因此将在此处产生一定的涡流，此涡流对从4条进气间隙流入的压缩气流起着混合的作用，使压缩气流均匀的覆盖放电极的整个表面。

3、收缩段3-3：

收缩段的作用是加速进气段的压缩气流流速。从收缩段到喉口的过渡应光滑、平缓。

图9中所示的收缩角β的大小会对气流加速产生影响，过大易导致气道内产生严重的涡流，使气流极不稳定，最后亦导致消电性能不稳定(消电速度时快时慢，平衡电压时高时低)；过小则气流加速距离过长，导致附面层过厚，能量损失加大。为使气流稳定加速，收缩角β一般取值在30°—90°之间为宜，优选以取值90°为佳。

4、喉口3-4：

为最大程度的加快气流流动速度，将收缩段、扩张段与喉口设为同一曲率半径，即喉口长度为零。

5、扩张段3-5：

扩张段的结构对离子的输送状态有很大的影响，扩张角α太大，易导致射流扩散比较快，垂直距离下的消电速度变慢；而扩张角α太小，气通道过长，会导致附面层过厚，产生较大的压力损失，致使消电范围变小。为保证气流的稳定，扩张角α须小于收缩角β，本技术方案中扩张角α优选取40°为佳。

离子棒通常的环境使用条件为，标准大气压下(约0.1MPa)，5℃至35℃；一般工厂压缩空气的供气压力通常在0.1MPa至0.6MPa。

在此使用条件下，根据可压缩流体动力学公式可得到电极座端面出气口直径与喉口直径的关系为：

公式1中：D_出气口为电极座端面出气口直径，D_{出气口端面电极径向截面}为电极座出气口端面所在平面的放电极的径向截面直径，D_候口为喉口直径，D_{喉口端面电极径向截面}为电极座喉口端面所在平面的放电极径向截面直径，Ma_出气口为出气口气流的马赫数。

因离子棒在标准大气压下使用，故出气口的静压力为标准大气压0.1MPa，则根据可压缩流体动力学公式，出气口气流的马赫数与入口处的气流压力的关系为：

公式2中：P_入为电极座气道收缩段入口处的气流压力，根据离子棒使用条件在 0.1至0.6MPa之间，由此可知电极座出气口的理想气体流速在0马赫至1.83马赫之间，即离子棒输入的气流压力必须大于0.1MPa才能正常使用。

将公式2带入公式1中，得到：

由此可知，气道结构的设计须要考虑气流压力这一因素。

将1.83(理想气体流速)带入公式1，或将0.6MPa(电极座气道收缩段入口处的气流压力)带入公式3，可得到：

为保证离子棒每个出气口的出气量均匀、稳定，电极座出气口的面积应符合以下公式：

(S_出-S_{出气口端面电极径向截面})×n＜S_进 公式5 亦即：

公式5、公式6中的S_出为电极座出气口端面面积，S_{出气口端面电极径向截面}为放电极在出气口端面所在平面的径向截面积，n为出气口个数，S_进为离子棒气腔进气口面积。

由此，可通过公式4和公式6设计电极座出气口直径和喉口直径。

本实用新型技术方案中放电极1、电极套2、电极座3的具体组合结构见图10 中所示，电极套的4个伸出臂2-2插入电极座螺纹安装柱3-6内部。

特别的，在本实用新型技术方案中，电极座出气口端面、螺纹安装柱顶面、电极套凸起圆柱下部端面三者之间彼此平行，使放电极位于气道中心位置。压缩气流经4个电极套进气间隙2-1流入电极座的气道中。

实施例：

将采用本实用新型技术方案制造的放电极组件(见图8中所示)与现有的放电极组件(见图3、图4中所示)进行对比试验，得到的对比试验数据见表1：

表1、对比试验数据：

通过上述对比数据可看出：

1、相同测试条件下，采用本技术方案的离子棒的压降明显小于对比产品，可见采用本技术方案后，离子棒的压力损失较小。

2、相同测试条件下，本技术方案样棒的消电速度明显快于对比产品。

3、相同测试条件下，本技术方案样棒的平衡电压一致性、稳定性优于对比产品。

本实用新型的技术方案，其电极座的气道依次由进气段、混合段、收缩段、喉口以及扩张段构成；其通过优化进气结构、气道结构、出气结构以改善离子化气流输出状态，使离子棒在沿其长度方向上的输出气量均匀，在同一垂直测试距离下，两侧水平方向上气流运动状态一致，并能在同一气源压力下减少气流量消耗，提高气流速度，取得更均衡的静电消除效果。

本实用新型可广泛用于气源型离子棒的设计及制造领域。

Claims (10)

1.一种用于离子棒的放电电极组件，其特征是：

放电极组件包括放电极、电极套和电极座；

所述的放电极与电极套套装设置，电极套的首端与电极座连接，所述电极套的末端与离子棒中的线路板连接；

在电极座中设置有气道；

所述放电极的纵向轴线与气道的纵向轴线重合；

所述的气道包含依次连接的进气段、混合段、收缩段、喉口和扩张段；

所述扩张段的末端，构成电极座的气道出口；

所述的气道出口为一个喇叭状开口结构。

2.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是所述放电极的整体结构为针形、圆柱棒形或圆管形；所述的放电极插入电极套内设置。

3.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是所述电极套的整体结构为圆筒形结构；电极套的首端插入电极座中设置。

4.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是所述气道沿横向轴的截面为圆形；所述的气道沿电极座的纵向中心轴线设置。

5.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是在所述电极套插入电极座的首端部分，设置四个彼此等角度分离设置的电极套伸出臂；

在两个相邻的电极套伸出臂之间，设置有相邻间隙；

所述电极套的中部凸起呈圆筒台状，在凸起圆筒台的底部，设置有四个彼此等角度分离的电极套进气间隙；

四个电极套进气间隙与四个电极套伸出臂之间的相邻间隙分别对应贯通；

压缩空气经进气间隙和相邻间隙，流入电极座内的气道中。

6.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是在电极座前部的喇叭状开口及开口周围，等角度分离设置有四条电极座外围凸筋；

在电极座的后部，设置有外螺纹安装柱；所述的电极座经外螺纹安装柱与离子棒的棒体固接；

所述电极座出气口的端面、外螺纹安装柱的顶面与电极套凸起圆柱台下部的端面三者之间彼此平行。

7.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是所述的气道中，扩张段的扩张角α小于收缩段的收缩角β。

8.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是所述气道收缩段、扩张段与喉口的曲率半径相同。

9.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是所述的放电极与电极套之间过盈配合。

10.按照权利要求1所述的用于离子棒的放电电极组件，其特征是所述的气道结构根据下述两个公式确定各个参数：

其中，D_出气口为电极座端面出气口直径，D_{出气口端面电极径向截面}为电极座出气口端面所在平面的放电极的径向截面直径，D_候口为喉口直径，D_{喉口端面电极径向截面}为电极座喉口端面所在平面的放电极径向截面直径，P_入为电极座气道收缩段入口处的气流压力；n为出气口个数，S_进为离子棒气腔进气口面积。

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