一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置，包括阴极组件、进气组件和阳极组件，其中阴极组件套设于进气组件内部，所述进气组件套设于阳极组件内部，其中阴极组件、进气组件和阳极组件同轴，所述阴极组件和阳极组件分别外接电源，其中阳极组件的轴向尺寸大于阴极组件和进气组件，所述阳极组件包括阳极(2)、阳极冷却管道和阳极接线柱(11)，其中阳极接线柱(11)设置于阳极冷却管道一端，所述阳极(2)设置于远离阴极组件一侧的阳极冷却管道内部，其中阳极(2)轴向截面为单喉道喷管形状。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置
本技术属于等离子体加热设备
，尤其涉及一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置。
技术介绍
等离子体炬主要由阴极和阳极之间产生的电弧对流通其中的气体进行电离，电离的过程将气体等离子体化，等离子态下气体具有良好的流动性、扩散性、导电性和导热性。等离子体炬亦称等离子体发生器或等离子体加热系统，等离子体炬通过平衡电离产生的热等离子体的温度可达6000℃以上，与气体混合后可以形成2000℃的高温热源。热等离子体不仅可以在氧化性、还原性和惰性气体等环境下工作，而且具有比燃烧方式更高的温度和功率密度，再加上等离子体具有流体与电磁的双重属性，使得等离子体炬可以广泛用于工业领域。直流电弧等离子体炬具有结构简单、稳定性高、功率大、电热转化效率高等优点，比较符合工业应用的需求。在材料制备，等离子体炬用于制粉及材料的合成，在冶金行业，等离体炬用于金属的熔化与重溶、保温以及新冶炼工艺过程等，在环保领域，等离子体炬可以有效分解垃圾焚烧飞灰中的二噁英等有害物质。直流电弧等离子体炬具有结构简单、适用性强的优点，但由于等离子体炬产生的平衡电离等离子体温度较高，容易造成等离子体炬阳极烧蚀，一方面，阳极发生烧蚀后，很容易导致等离子体弧弧形发生畸变，严重时导致等离子体炬无法使用，直接制约了等离子体炬的使用寿命；另一方面，由于阳极材料耐高温及耐烧蚀性不强等特点，导致等离子体炬工作电流较低，无法通过简单的两电极结构获得较大功率。现在等离子体炬一般通过增加电极数量，提高等离子体炬工作电压，但是在增加电极数量的过程中，一方面不可避免的需要增加水、电、气路，这就成倍的增加了等离子体炬的安装、维修难度，难以在工业环境推广应用；另一方面增加了热等离子体在等离子体炬中的停留时间，不仅带来了等离子体炬热效率的损失，同时增加了等离子体炬的冷却难度。这些问题，不仅严重影响了等离子体炬的工业应用，更是制约了等离子体炬装置的进一步推广。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置，克服了现有技术中1：现有等离子体炬的阳极易烧蚀，阳极发生烧蚀后，很容易导致等离子体弧弧形发生畸变，严重时导致等离子体炬无法使用，直接制约了等离子体炬的使用寿命；2：阳极材料耐高温及耐烧蚀性不强等特点，导致等离子体炬工作电流较低，无法通过简单的两电极结构获得较大功率；3：增加电极数量，提高等离子体炬工作电压，但是在增加电极数量的过程中，不可避免的需要增加水、电、气路，这就成倍的增加了等离子体炬的安装、维修难度，难以在工业环境推广应用；4：增加电极数量就增加了热等离子体在等离子体炬中的停留时间，不仅带来了等离子体炬热效率的损失，同时增加了等离子体炬的冷却难度等问题。为了解决技术问题，本技术的技术方案是：一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置，包括阴极组件、进气组件和阳极组件，其中阴极组件套设于进气组件内部，所述进气组件套设于阳极组件内部，其中阴极组件、进气组件和阳极组件同轴，所述阴极组件和阳极组件分别外接电源，其中阳极组件的轴向尺寸大于阴极组件和进气组件，所述阳极组件包括阳极、阳极冷却管道和阳极接线柱，其中阳极接线柱设置于阳极冷却管道一端，所述阳极设置于远离阴极组件一侧的阳极冷却管道内部，其中阳极轴向截面为单喉道喷管形状。优选的，所述阳极冷却管道包括阳极回水通道和阳极进水通道，其中阳极回水通道同轴套装于阳极进水通道外侧，其中阳极进水通道靠近阳极一侧开口连接阳极回水通道的端部构成阳极冷却水流回路，所述阳极接线柱通过阳极回水通道管壁与阳极连接，其中阳极外壁与阳极进水通道接触处设有凹槽。优选的，所述阳极为管型结构，其中阳极由紫铜、钼合金或者高温合金材料制成，所述管型结构的阳极内壁包括第一变径管、直管和第二变径管，其中第一变径管连接直管，其中直管另一端连接第二变径管，所述第一变径管随着远离阴极组件的方向其管径逐渐减小，其中第二变径管随着远离阴极组件的方向其管径逐渐增大。优选的，所述管型结构的阳极外壁的凹槽包括第一坡道、直道和第二坡道，其中第一坡道连接直道，其中直道另一端连接第二坡道，所述第一坡道靠近阴极组件，其中第二坡道远离阴极组件。优选的，所述阴极组件包括阴极冷却管道、阴极和阴极接线柱，其中阴极冷却管道包括阴极进水通道和阴极回水通道，其中阴极回水通道同轴套装于阴极进水通道外侧，所述阴极进水通道靠近阴极一侧开口连接阴极回水通道的端部构成阴极冷却水流回路，其中阴极回水通道端部内壁通过螺纹或其他方式与阴极连接，所述阴极接线柱通过阴极回水通道的管壁与阴极连接，其中阴极靠近但不接触阳极，其中阴极由钨铜合金材料制成，所述进气组件同轴套装于阴极回水通道外侧。优选的，所述进气组件包括气体通道和旋流器，其中气体通道同轴套装于阴极回水通道外侧，所述气体通道端部连接旋流器，其中旋流器靠近阴极和阳极，其中气体通过气体通道经过旋流器再从阴极和阳极的间隙流出，当阴极和阳极分别外接电源时构成电势差，会将流过阴极和阳极之间的气体电离形成等离子体。相对于现有技术，本技术的优点在于：(1)本技术等离子体炬包括阴极组件、进气组件和阳极组件，阴极组件套设于进气组件内部所述进气组件套设于阳极组件内部，阴极组件、进气组件和阳极组件同轴，阴极组件和阳极组件分别外接电源，阳极组件的轴向尺寸大于阴极组件和进气组件，阳极组件包括阳极、阳极冷却管道和阳极接线柱，阳极接线柱设置于阳极冷却管道一端，阳极设置于远离阴极组件一侧的阳极冷却管道内部，阳极轴向截面为单喉道喷管形状，阴极组件包括阴极冷却管道、阴极和阴极接线柱，本专利技术通过阴极冷却管道的水流回路对阴极进行冷却，通过阳极冷却管道的水流回路对阳极进行冷却，同时阳极轴向截面为单喉道喷管形状，提高了等离子体的稳定性和等离子体炬的电热转换效率，有很好的应用前景；(2)本技术阳极内壁包括第一变径管、直管和第二变径管，第一变径管随着远离阴极组件的方向其管径逐渐减小，第二变径管随着远离阴极组件的方向其管径逐渐增大，这样阳极轴向截面为单喉道喷管形状，一方面通过增加阳极通道内的气体流速，增加弧根的旋转速度，避免弧根长时间落在同一个位置，造成阳极内壁的局部烧蚀，另一方面通过喉道结构，将弧根固定在喉道之后的位置，有效的增加了等离子体的稳定性，同时通过第二变径管为喷管形式，具有加速效果，使热等离子体尽可能多的分布在等离子体炬外部，有效的提高了等离子体炬的效率；(3)本技术阳极外壁的凹槽包括第一坡道、直道和第二坡道，第一坡道靠近阴极组件，第二坡道远离阴极组件，将阳极外壁的水冷通道制造成三段式结构，一方面减少了制作材料的使用量，降低重量，便于进行检查、更换，另一方面降低了冷却水的流速，避免死区的存在，提高了冷却效果；(4)本技术采用双电极结构，一路工作气体，两路冷却水，系统稳定性高，可维护性强，有利于工业应用，同时容易烧蚀的阳极处于等离子体炬的端部，容易进行拆装，本技术结构简单，使用寿命长，安全环保，成本低，有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置，其特征在于：包括阴极组件、进气组件和阳极组件，其中阴极组件套设于进气组件内部，所述进气组件套设于阳极组件内部，其中阴极组件、进气组件和阳极组件同轴，所述阴极组件和阳极组件分别外接电源，其中阳极组件的轴向尺寸大于阴极组件和进气组件，所述阳极组件包括阳极(2)、阳极冷却管道和阳极接线柱(11)，其中阳极接线柱(11)设置于阳极冷却管道一端，所述阳极(2)设置于远离阴极组件一侧的阳极冷却管道内部，其中阳极(2)轴向截面为单喉道喷管形状。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置，其特征在于：包括阴极组件、进气组件和阳极组件，其中阴极组件套设于进气组件内部，所述进气组件套设于阳极组件内部，其中阴极组件、进气组件和阳极组件同轴，所述阴极组件和阳极组件分别外接电源，其中阳极组件的轴向尺寸大于阴极组件和进气组件，所述阳极组件包括阳极(2)、阳极冷却管道和阳极接线柱(11)，其中阳极接线柱(11)设置于阳极冷却管道一端，所述阳极(2)设置于远离阴极组件一侧的阳极冷却管道内部，其中阳极(2)轴向截面为单喉道喷管形状。


2.根据权利要求1所述的一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置，其特征在于：所述阳极冷却管道包括阳极回水通道(4)和阳极进水通道(5)，其中阳极回水通道(4)同轴套装于阳极进水通道(5)外侧，其中阳极进水通道(5)靠近阳极(2)一侧开口连接阳极回水通道(4)的端部构成阳极冷却水流回路，所述阳极接线柱(11)通过阳极回水通道(4)管壁与阳极(2)连接，其中阳极(2)外壁与阳极进水通道(5)接触处设有凹槽。


3.根据权利要求2所述的一种基于双电极结构的大功率等离子体炬装置，其特征在于：所述阳极(2)为管型结构，其中阳极(2)由紫铜、钼合金或者高温合金材料制成，所述管型结构的阳极(2)内壁包括第一变径管(12)、直管(13)和第二变径管(14)，其中第一变径管(12)连接直管(13)，其中直管(13)另一端连接第二变径管(14)，所述第一变径管(12)随着远离阴极组件的方向其管径逐渐减小，其中第二变径管(14)随着远离阴极组件的方向其管径逐渐增大。


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【专利技术属性】
技术研发人员：高岭，王卫民，张百灵，惠晓晖，陈小林，李博，陈威仰，王阳，
申请(专利权)人：西安空天能源动力智能制造研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61