一种等离子体发生器的阴极内芯及其等离子体发生器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种等离子体发生器阴极内芯及其等离子体发生器，等离子体发生器包括阴极组件、阳极组件、阳极支架和旋流环，阴极组件包括阴极内芯和外壳，阴极内芯包括深杯形阴极基座和发射体，所述深杯形阴极基座为一端开口一端封闭的深杯形结构，且所述深杯形阴极基座内孔的长径比为5～15倍；而所述发射体镶嵌在深杯形阴极基座的内孔底部。本实用新型专利技术结构简单、气耗量低、等离子体温度高、运行可靠，阴阳极寿命都可稳定达到1000小时以上。

The inner core and plasma generator of a plasma generator

The utility model discloses a plasma generator cathode inner core and plasma generator, plasma generator comprises a cathode component, an anode assembly, an anode holder and a rotating ring, the cathode assembly includes a cathode inner core and an outer shell, a cathode inner core comprises deep cup shaped cathode base and emitter, the deep cup shaped cathode base for end opening closed end deep cup shaped structure, and the deep cup shaped cathode base hole length to diameter ratio of 5~15 times; and the emitter is embedded in the inner hole at the bottom of deep cup shaped cathode. The utility model has the advantages of simple structure, low gas consumption, high temperature of plasma and reliable operation, and the life span of yin and yang can reach more than 1000 hours.

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体发生器的阴极内芯及其等离子体发生器
本技术涉及等离子体发生器，尤其是一种适用于煤粉锅炉等离子点火的等离子体发生器。
技术介绍
目前电弧式等离子体发生器按结构和电弧在等离子体发生器中的位置可分为轴线式等离子体发生器和同轴式等离子体发生器。其中轴线式等离子体发生器又可分为两种，一种称为有中心电极的轴线式等离子体发生器，其特点是阴极是棒状，发射面为棒的端面，另一种称之为管状阴极等离子体发生器，其特点是阴极为管状，管状阴极的发射面为管子的内环面。降低等离子体发生器的运行电流不仅可以降低等离子体发生器配套电气系统设备成本且可以极大提升等离子体发生器电极寿命。目前，100KW及以上等离子体发生器运行电流普遍大于200A有个别等离子体发生器运行电流可以低至185A运行，例如：一种电弧通道直径异性的电弧等离子体炬(CN103354695A)电弧电流为270A、一种非转移弧等离子体炬的阳极及等离子体炬(CN101699928B)电弧电流为200A。以上两种等离子体发生器经大量工程使用发现存在载体风耗量大，典型的100KW等离子体发生器载体风正常耗量为80～100标方，等离子体温度仅2500℃左右，在火电厂点燃优质煤时尚没有大的问题，在点燃劣质煤特别是危险废物和垃圾时等离子体的温度低、活性差，基本上失去作用，在切割领域由于等离子弧温太低导致切割速度下降。因此，要找到一种耗气量小，等离子弧温高的办法来适应劣质煤及危险废物和垃圾。另外以上2种等离子体发生器载体风在启弧时和运行时风压基本保持不变，限制了杯形阴极内孔的长径比的提高，其中一种电弧通道直径异性的电弧等离子体炬(CN103354695A)的阴极在烧蚀后会在端面形成凹坑，而专利一种非转移弧等离子体炬的阳极及等离子体炬(CN101699928B)明确了新的阴极就设计有凹坑，凹坑的长径比原始为1：1(直径50mm，深度50mm)在烧蚀后不超过2：1，其增加弧电压的办法主要是增加了过渡阳极，尚没有凹坑长径比大于2：1的报道。对于上述称之为管状阴极等离子体发生器也可以理解为阴极凹坑，阴极凹坑的长径比一般较大，可以达到10：1，但这类等离子阴极的发射电子面为环面，本公司产品早期多属于此类，专利CN102686003B和CN103841742B都有述及，设计发射面均为圆管的内表面，在实践中偶然发现非设计工况烧至凹坑底部，但这是事故状态，正是这种事故使我们明白，管状阴极和有凹坑的棒状阴极实际是同源的，这里面一定隐藏着什么原理。随着等离子体发生器运行稳定性的提升如何降低运行电流，进一步降低等离子体发生器系统建造及运行成本成为等离子体发生器系统不可避免的话题。
技术实现思路
技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种结构简单、气耗量低、等离子体温度高、热效率高、电压高且电流低、运行可靠的等离子体发生器阴极内芯及其等离子体发生器。技术方案：为实现上述目的，本技术采用的技术方案为：一种等离子体发生器的阴极内芯，包括深杯形阴极基座和发射体，所述深杯形阴极基座为一端开口一端封闭的深杯形结构，且所述深杯形阴极基座内孔的长径比为5～15倍；而所述发射体镶嵌在深杯形阴极基座的内孔底部。优选的：所述发射体是1个或多个。优选的：所述深杯形阴极基座为铜、铝、银中的一种或几种材料制成；所述发射体为钨、锆、铪中的一种或几种材料制成。优选的：所述深杯形阴极基座内孔是直孔或锥形孔。优选的：所述深杯形阴极基座的内孔直径在15～40mm之间。一种深杯形阴极等离子体发生器，包括阴极组件、阳极组件、旋流环和阳极支架，所述阴极组件包括阴极内芯、阴极外壳；所述阴极内芯的封闭端设置于阴极外壳内，阴极内芯的开口端穿过阴极外壳伸出阴极外壳外；所述阳极组件包括阳极内芯、线圈、线圈套、阳极外壳，所述线圈、线圈套、阳极外壳由内到外依次套设；所述旋流环、阳极支架由内到外依次设置于阴极外壳与线圈套之间，所述线圈位于阳极支架与线圈套之间；所述阳极内芯的进气口端设置于阳极支架内，出气口端依次穿过阳极支架、线圈、线圈套、阳极外壳伸出阳极外壳外；所述阴极内芯设置于阳极支架内，且所述阴极内芯开口端与阳极内芯的进气口端相对设置，同时所述阴极内芯开口端与阳极内芯的进气口端设置有间隙；所述旋流环与阳极支架之间设置有载体风通道，所述间隙与载体风通道之间通过旋流环上的进气孔连通；所述阴极外壳上设置有冷却水通道一，所述冷却水通道一与阴极外壳内部空间连通；所述阳极支架上设置有冷却水通道二，所述阳极支架、阳极内芯、线圈、线圈套之间围成冷却水通道三，所述冷却水通道二与冷却水通道三连通，所述线圈套与阳极外壳之间设置有冷却水通道四，所述阳极支架与阳极外壳之间设置有冷却水通道五，所述冷却水通道四与冷却水通道五连通，所述冷却水通道三与冷却水通道四通过线圈套上的冷却水通孔连通。优选的：所述阴极外壳的外形为头大脖子细的棒槌形，头部直径是脖子直径的1.1～5倍；阳极内芯的结构为先收缩后扩张的拉法尔喷管结构，收缩角在2～15度之间，扩张角在45～120度之间，扩张之后部分为直段，喉口的长径比在1：1～1：4之间。优选的：所述旋流环的进气方式为轴向进气、切向进气或者蜗壳式进气。优选的：所述阳极内芯伸出阳极外壳的伸出距离5～20mm；所述阴极和阳极之间间隙是0.5～5mm。优选的：所述内孔的平均孔径大于阳极内芯的喉口直径。本技术相比现有技术，具有以下有益效果：1、深杯形阴极烧蚀点在杯底，随着杯底的烧蚀，杯深增加，理论上杯底越厚阴极寿命越长，实践中阴极寿命很容易超过1000小时。2、电子从深杯形阴极内芯杯底中心的发射体发射出来以后往阳极飞行过程中，大部分时间在阴极内飞行，相当于现有技术的过渡阳极，但在阴极内电子受阴极壁面相同电荷的斥力，而在现有技术过渡阳极内是异种电荷的吸引力，因此本技术中电子不易向约束冷壁扩散，因此，载体风耗量低，电弧温度高，损失的热量小，电热转化效率高。3、高电压下(500～1000V)，最低稳定运行电流低至(70A)，说明电弧稳定性好，而现有的500V以上的电弧最低稳定运行电流大于140A。4、100KW级现有采用过渡阳极的技术额定载体风量多在90标方，本技术低至30标方；本技术电弧温度可达6000℃以上。5、本技术阳极内置小型线圈，电流通过线圈进入阳极内芯的过程中形成磁场，磁场和旋转的载体风协同吹动阳极弧根在阳极内芯表面快速旋转，烧蚀均匀且慢，阳极寿命可达2000小时以上。6、当采用高频引弧时，安装距离为1000mm的等离子体发生器总体质量仅30kg，检修维护方便。7、本技术将轴线式等离子体发生器中的2种：棒状阴极等离子和管状阴极等离子的界限完全打破，产生了一种界限模糊的等离子体发生器形式，继承了2种等离子体发生器的优点，同时有自己的独创性特点：电弧稳定性有了根本性的改善，正常情况下弧电压在600V时波动幅度在正负2V以内。附图说明图1：一种等离子体发生器的阴极内芯及其等离子体发生器的结构示意图。图2：阴极内芯结构图。图3：旋流环结构图。其中，1-阴极内芯，2-阴极外壳，3-旋流环，4-阳极支架，5-阳极内芯，6-线圈，7-线圈套，8-阳极外壳，101-阴极基座，102-发射体。具体实施方式下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体发生器的阴极内芯，其特征在于：包括深杯形阴极基座(101)和发射体(102)，所述深杯形阴极基座(101)为一端开口一端封闭的深杯形结构，且所述深杯形阴极基座(101)内孔的长径比为5～15倍；而所述发射体(102)镶嵌在深杯形阴极基座(101)的内孔底部。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体发生器的阴极内芯，其特征在于：包括深杯形阴极基座(101)和发射体(102)，所述深杯形阴极基座(101)为一端开口一端封闭的深杯形结构，且所述深杯形阴极基座(101)内孔的长径比为5～15倍；而所述发射体(102)镶嵌在深杯形阴极基座(101)的内孔底部。2.根据权利要求1所述等离子体发生器的阴极内芯，其特征在于：所述发射体(102)是1个或多个。3.根据权利要求1所述等离子体发生器的阴极内芯，其特征在于：所述深杯形阴极基座(101)为铜、铝、银中的一种或几种材料制成；所述发射体(102)为钨、锆、铪中的一种或几种材料制成。4.根据权利要求1所述等离子体发生器的阴极内芯，其特征在于：所述深杯形阴极基座(101)内孔是直孔或锥形孔。5.根据权利要求1所述等离子体发生器的阴极内芯，其特征在于：所述阴极内芯1深杯形阴极基座101的内孔直径在15～40mm之间。6.一种深杯形阴极等离子体发生器，其特征在于：包括阴极组件、阳极组件、旋流环3和阳极支架(4)，所述阴极组件包括权利要求1至5任一所述等离子体发生器的阴极内芯(1)、阴极外壳(2)；所述阴极内芯(1)的封闭端设置于阴极外壳(2)内，阴极内芯(1)的开口端穿过阴极外壳(2)伸出阴极外壳(2)外；所述阳极组件包括阳极内芯(5)、线圈(6)、线圈套(7)、阳极外壳(8)，所述线圈(6)、线圈套(7)、阳极外壳(8)由内到外依次套设；所述旋流环(3)、阳极支架(4)由内到外依次设置于阴极外壳(2)与线圈套(7)之间，所述线圈(6)位于阳极支架(4)与线圈套(7)之间；所述阳极内芯(5)的进气口端设置于阳极支架(4)内，出气口端依次穿过阳极支...

【专利技术属性】
技术研发人员：雍占锋，张红月，袁邦银，高克迎，任国宏，程怀志，
申请(专利权)人：徐州科融环境资源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32