專利名稱：氣旋式低溫等離子發生器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣旋式低溫等離子發生器。
背景技術：
現有技術中，常用的等離子發生器，如中國專利200620013110. 2所述，一般包括陰極、陽極、引弧裝置以及將陰極、陽極連接的直流電源；陰極由可更換陰極頭和陰極導電桿連接組成，可更換陰極頭為圓柱筒形結構，且該可更換陰極頭上加工有水冷環形槽；陽極為空心筒體，內部設置呈拉法爾噴管式結構，外圍則與不銹鋼套筒形成水冷環形槽。該類等離子發生器結構龐大、復雜；維修不便；同時，該等離子發生器采用的點對點產生電弧方式，易造成電極損傷，影響了陰陽極的使用壽命。因此，有必要提供一種新型結構的等離子發生器，通過改變等離子發生器的陽極組件結構、陰極組件結構以及陽極組件與陰極組件之間的連接結構，以減化等離子發生器的結構，便于維修，節約成本。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種氣旋式低溫等離子發生器，采用圓筒形電極，通以旋轉電離介質，產生高溫高密度低溫等離子流，大大降低了電極的損耗。為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案
一種氣旋式低溫等離子發生器，包括陽極組件、陰極組件、引弧器以及與陽極組件和陰極組件導通的直流電源，所述陰極組件，包括兩端敞口設置的陰極殼體、內設空腔的陰電極以及陰極導電桿；陰極殼體的上端與陰極頂蓋封接，且陰極殼體的內壁面加工有陰極水冷環形槽；陰極外壁的兩端分別與陰極水冷環形槽上下兩側的凸緣對應地液密封連接；陰極導電桿的一端伸出陰極頂蓋后與陰極接線板固緊，另一端則置于陰電極的內腔，且陰極導電桿、陰電極、陰極殼體以及陰極頂蓋裝配后形成陰極進氣室，同時陰極外殼上對應地開設有與陰極進氣室貫通的陰極電離介質進口以及分別與水冷環形槽連通的陰極冷卻水進口和陰極冷卻水出口，所述陰極導電桿與陰極的內腔通過螺紋連接后將陰極電弧控制器固定；所述陰極電弧控制器包括旋流件本體，該旋流件本體沿軸線開設有中心噴管；所述旋流件本體包括旋流圓柱段以及沿圓柱段的一端收縮延伸而成的旋流圓錐段，同時，所述旋流圓柱段的外表面開設螺旋槽；所述中心噴管、螺旋槽均通過陰極導電桿上開設的導流通孔與陰極進氣室連通，且中心噴管由錐段噴管以及沿錐段噴管細端延伸而成的柱段噴管組成，所述柱段噴管開設于旋流圓錐段內，而錐段噴管則開設于旋流圓柱段內，且中心噴管的大端與陰極導電桿相鄰；所述陽極組件，包括陽電極、陽極水套、陽極殼體以及陽極旋流環； 陽極殼體緊靠著上端部的內壁設置凹槽，陽極旋流環的外圓面與凹槽槽底相對設置的敞口端部緊密配合封接，該陽極旋流環與凹槽槽底之間的空間形成陽極進氣室；陽極旋流環的圓周方向均布2個以上的切向流孔；陽電極沿軸向開設用于等離子體噴射的噴管，且陽電極置于陽極旋流環的下方，同時陽電極的外表面與陽極殼體液密封連接；陽極水套置于陽極與陽極殼體之間，該陽極水套將陽極與陽極殼體之間的空間隔成連通的陽極冷卻水出水室和陽極冷卻水進水室；陽極殼體上分別開設有與陽極冷卻水進水室貫通連接的陽極冷卻水進口、與陽極冷卻水出水室相貫通的陽極冷卻水出口、與陽極進氣室貫通連接的陽極電離介質進口以及用于安裝引弧器的安置腔；所述陰陽極連接件，包括絕緣套筒，該絕緣套筒的一端與陰極螺紋連接，另一端則通過壓緊法蘭與與陽極連接。所述陰極外壁與水冷環形槽之間的空間通過設置陰極水套分隔成連通的陰極冷卻水進水室和陰極冷卻水出水室；且陰極水套的一端與陰極水冷環形槽螺紋連接，陰極冷卻水進口與陰極冷卻水進水室連通，陰極冷卻水出口則與陰極冷卻水出水室連通。所述陰極電離介質進口與陰極進氣室的內壁垂直連接；陰極冷卻水進口與陰極冷卻水進水室內壁切向連接，陰極冷卻水出口與陰極冷卻水出水室內壁垂直連接；陽極電離介質進口與陽極進氣室內壁切向連接；陽極冷卻水進口、陽極冷卻水出口分別與陽極冷卻水進水室內壁上端面、陽極冷卻水出水室內壁上端面對應地切向連接。所述引弧器為高頻引弧器，包括銜鐵、線圈、絕緣支架以及探針；所述探針為鎢針， 線圈與電磁振蕩器連接；銜鐵的一端與絕緣支架鉸接，另一端則與線圈相鄰接；鎢針一端與銜鐵固定連接，另一端則穿過絕緣支架懸置。根據以上的技術方案，可以實現以下的有益效果
1、本發明采用陰極電弧控制器以及陰極導電桿的配合，使得進氣室內的壓縮空氣通過陰極導電桿上的導流通孔、陰極電弧控制器的中心噴管及圓周螺旋槽進入陰極的內腔，形成旋轉的氣流。在與等離子發生器陽極組件配合拉弧后，該旋轉的氣流能夠使陰極內腔的電弧產生旋轉，并不停的改變電弧起弧點的位置，產生低溫等離子體的同時，極大地提高了陰極的使用壽命；另外，本發明采用陰極水套將冷卻水進水室與冷卻水出水室隔開。冷卻水由進水口切向進入冷卻水進水室，對陰極自上而下均勻冷卻后，由冷卻水出水口排出，因此，本發明可以有效地提高冷卻效果，進一步減少陰極的燒蝕，提高陰極使用壽命。2、本發明將從陽極噴出的氣流經過陽極旋流環的切向旋轉后進入陽極噴管中，可以不停地改變電弧起弧點的位置，極大地提高了陽極的使用壽命，同時產生旋轉的低溫等離子體炬；本發明的陽極進氣口軸線與陽極進氣室切向設置，因此，本發明陽極進氣口為切向進氣，使得壓縮空氣可以均勻地沿圓周方向分布于陽極進氣室內；本發明陽極冷卻水進口、冷卻水出口的軸線均與陽極噴管的中心軸線傾斜設置，因此，有利于冷卻水的均勻流入以及排出，提高了冷卻效果；本發明陽極水套靠近其下端面的內壁面開設有沿圓周方向均布的切向溝槽，使得冷卻水由進水室對陽極均勻冷卻后，旋轉流入出水室，并通過冷卻水出口排出，可以有效地保證冷卻水的順暢流通，提高冷卻效果。3、本發明在陰極旋流件本體的旋流圓柱段外表面開設螺旋槽，可以使進入陰極的壓縮空氣發生旋轉，在壓縮空氣氣壓不變的條件下，陰極徑向電弧起弧點的位置不停地改變，避免電弧起弧點表面的定點燒損，極大地提高陰極的使用壽命；在改變壓縮空氣氣壓的條件下，陰極軸向電弧起弧點的位置整體下移或上移，改變整個起弧端面的起弧點，增大陰極的工作面，能夠有效延長陰極的使用壽命；另外，在壓縮空氣氣壓改變的條件下，能夠改變低溫等離子體炬的形狀與溫度，增加對低溫等離子體炬調節的手段。因此，本發明相較于現有的等離子發生器，具有以下優點(1)電極的超長使用壽命，陰極3000小時以上，陽極1萬小時以上；(2)結構緊湊，體積小，重量輕；(3)能夠產生低溫等離子體，運用領域廣。
圖1是本發明的立體結構示意圖； 圖2是圖1的剖視結構示意圖3是本發明一個具體實施例的結構示意圖； 圖4是圖3的A-A剖視其中陰電極1 ；陽電極2 ；電磁振蕩器3 ；探針4 ；陰極冷卻水進口 5 ；陰極冷卻水出口 6 ；陰極電離介質進口 7 ；陽極冷卻水進口 8 ；陽極冷卻水出口 9 ；陽極電離介質進口 10 ；電源 11 ；陰極絕緣外殼12 ；陽極絕緣外殼13 ；陰極電源線14 ；等離子流15 ；高溫火核16 ；陽極電源線17 ；陽極0型密封圈18 ；陽極水套19 ；陽極密封墊20 ；陽極旋流環21 ；絕緣壓蓋法蘭 22 ；絕緣連接器23 ；鎖緊螺母M ；陰極水套25 ；陰極下殼體122 ；陰極上殼體121 ；陰極頂蓋 26 ；螺母27 ；陰極拉緊裝置觀；陰極接線板四；陰極密封墊30 ；陰極墊片31 ；陰極上部0型密封圈32 ；陰極旋流器33 ；陰極下部0型密封圈34 ；陰極進氣室35 ；陰極冷卻進水室36 ； 陰極冷卻出水室37 ；陽極進氣室38 ；陽極冷卻進水室39 ；陽極冷卻出水室40 ；
a、陰極冷卻水進口 ；b、陰極冷卻水出口 ；C、陰極電離介質進口 ；d、陽極電離介質進口 ； e、陽極冷卻水進口 ；f、陽極冷卻水出口。
具體實施例方式附圖非限制性地公開了本發明所涉及優選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖詳細地說明本發明的技術方案。如圖1至4所示，本發明所述的氣旋式低溫等離子發生器，包括陽極組件、陰極組件、引弧器以及分別通過陽極電源線和陰極電源線與陽極組件和陰極組件電連接的電源； 其中
陽極組件，包括陽電極、陽極絕緣外殼、陽極0型密封圈、陽極水套、陽極密封墊以及陽極旋流環；
陽電極與陽極0型密封圈、陽極水套、陽極絕緣外殼、陽極密封墊、陽極旋流環裝配在一起，形成陽極組件；陽電極的內腔設計成錐形喇叭口形狀，采用銅合金制成，通過陽極旋流環產生的旋轉的壓縮空氣，使其表面的電弧起弧點產生旋轉，減小表面磨損，提高使用壽命；由于其特殊的結構，與陰電極的共同作用下生成低溫等離子體，射出旋轉的低溫等離子體炬；陽極0型密封圈作為陽電極下部與陽極外殼下部連接處的密封，防止冷卻水外漏；陽極水套將陽電極外表面與陽極外殼內表面之間的空間隔成兩半，形成陽極冷卻進水室和陽極冷卻出水室，并使冷卻水產生旋轉，充分對陽電極進行冷卻，提高冷卻效果；陽極外殼與陽電極通過螺紋連接，引弧器通過螺釘固定在其側面，其上分別設有陽極電離介質進口、陽極冷卻水進口以及陽極冷卻水出口 ；陽極密封墊作為陽電極上部與陽極外殼上部螺紋連接處的密封，防止冷卻水外漏；陽極旋流環與陽極外殼裝配后，形成陽極進氣室，將通過陽極電離介質進口進入的壓縮空氣沿圓周方向均勻分配并產生旋轉。陰陽極連接件，包括絕緣連接器以及絕緣壓蓋法蘭；其中 絕緣壓蓋法蘭將絕緣連接器通過螺栓連接固定在陽極外殼上；絕緣連接器將陽極組件與陰極組件連接在一起，并對兩部分的連接起到絕緣效果； 同時對陽極旋流環起到固定作用；與陰極下殼通過螺紋連接，便于陰電極與陽電極之間的間隙準確調節定位；在陰電極與陽電極之間的間隙調整好后，采用鎖緊螺母將陰極組件與絕緣連接器鎖緊固定
陰極組件，包括陰電極、陰極外殼、陰極頂蓋、陰極拉緊裝置、陰極接線板、陰極旋流器 33 ；陰極外殼分體設置成陰極上殼體以及陰極下殼體，其中
陰電極與陰極水套、陰極下殼體、陰極上殼體、陰極頂蓋、螺母、陰極拉緊裝置、陰極接線板、陰極密封墊、陰極墊片、陰極上部0型密封圈、陰極旋流器、陰極下部0型密封圈組裝在一起形成陰極組件；陰電極設計成圓柱筒狀，采用銅合金制成，陰極旋流器下方為放電室，產生旋轉的高溫電弧，將陰極壓縮空氣變為等離子體；其特點為放電面積大，電弧起弧點由于旋轉作用不停的改變，有效提高陰極的壽命；由于其特殊的結構，與陽電極的共同作用下，所產生的等離子體為低溫等離子體。 陰極水套與陰極上殼體通過螺紋連接，將陰電極外表面與陰極下殼體內表面之間的空間隔成兩半，形成陰極冷卻進水室和陰極冷卻出水室，充分對陰電極進行冷卻，提高冷卻效果；
陰極下殼體設有陰極冷卻水出口 ；與絕緣連接器通過螺紋連接，便于陰電極與陽電極之間的間隙準確調節定位；與陰極上殼通過氬弧焊接連接；
陰極上殼體設有陰極冷卻水進口、陰極電離介質進口 ；與陰極下殼體通過氬弧焊接連接；
陰極頂蓋與陰極上殼體通過螺母連接固定，并形成陰極進氣室； 螺母與拉緊裝置配合，固定陰電極及陰極接線板；
陰極拉緊裝置與陰電極通過螺紋連接，固定陰極旋流器，設有通氣孔與導流槽，將陰極進氣室內的壓縮空氣均勻地分配至陰極旋流器的進氣口 ；與陰極接線板相連，將電源負極連通至陰電極，亦可作為陰電極與陰極殼體連接的拆裝定位工具； 陰極接線板電源負極與陰極的過渡連接； 陰極密封墊對陰極進氣室進行密封； 陰極墊片用于拆、裝陰極時的定位；
陰極上部0型密封圈陰極進氣室與陰極冷卻進水室之間的密封； 陰極旋流器特點為圓周方向采用多線螺旋槽，使產生等離子體的載體壓縮空氣產生旋轉，改變起弧點，提高陰極的壽命；
陰極下部0型密封圈陰電極下部與陰極下殼體下部連接處的密封，防止冷卻水外漏； 陰極進氣室使進入陰極的壓縮空氣均勻分配； 陰極冷卻進水室使進入陰極的冷卻水均勻分配； 陰極冷卻出水室將陰極冷卻水(熱水與冷水分開后)均勻排出； 陽極進氣室使進入陽極極的壓縮空氣均勻分配； 陽極冷卻進水室使進入陽極的冷卻水均勻分配； 陽極冷卻出水室將陽極冷卻水(熱水與冷水分開后)均勻排出； 另外，陰極冷卻水進口、陰極冷卻水出□、陰極電離介質進□、陽極電離介質進□、陽極冷卻水進口以及、陽極冷卻水出口連接形式均可以分為快插接頭型與螺紋連接型。
本發明的工作過程如下
(1)陰電極1，陽電極2同軸布置，相互隔開，兩電極之間間隙約2mm，形成關于軸線對稱的放電室；啟動時分別通過陰極電源線14，陽極電源線17與外接電源11相連通以直流電；
(2)等離子體生成介質為壓縮空氣，通過絕緣外殼上的陰極電離介質進口7，陽極電離介質進口 10進入放電室，進口氣流速度矢量方向與外殼內壁曲面相切，使得壓縮空氣在放電室內形成旋轉氣流a，b，其中由陰極電離介質進口 7進入的壓縮空氣Gl用于拉弧，由陽極電離介質進口 10進入的壓縮空氣G2使電弧旋轉；
(3)在電極通電同時，電磁振蕩器3產生5-7千赫茲的脈沖振蕩信號，使得探針4在陰電極1和陽電極2之間的空隙中上下振蕩，使得壓縮空氣電離，激發出電弧，電弧的綜合伏安特性由式1表示
權利要求
1.一種氣旋式低溫等離子發生器，包括陽極組件、陰極組件、引弧器以及與陽極組件和陰極組件導通的直流電源，其特征在于所述陰極組件，包括兩端敞口設置的陰極殼體、內設空腔的陰電極以及陰極導電桿；陰極殼體的上端與陰極頂蓋封接，且陰極殼體的內壁面加工有陰極水冷環形槽；陰極外壁的兩端分別與陰極水冷環形槽上下兩側的凸緣對應地液密封連接；陰極導電桿的一端伸出陰極頂蓋后與陰極接線板固緊，另一端則置于陰電極的內腔，且陰極導電桿、陰電極、陰極殼體以及陰極頂蓋裝配后形成陰極進氣室，同時陰極外殼上對應地開設有與陰極進氣室貫通的陰極電離介質進口以及分別與水冷環形槽連通的陰極冷卻水進口和陰極冷卻水出口，所述陰極導電桿與陰極的內腔通過螺紋連接后將陰極電弧控制器固定；所述陰極電弧控制器包括旋流件本體，該旋流件本體沿軸線開設有中心噴管；所述旋流件本體包括旋流圓柱段以及沿圓柱段的一端收縮延伸而成的旋流圓錐段， 同時，所述旋流圓柱段的外表面開設螺旋槽；所述中心噴管、螺旋槽均通過陰極導電桿上開設的導流通孔與陰極進氣室連通，且中心噴管由錐段噴管以及沿錐段噴管細端延伸而成的柱段噴管組成，所述柱段噴管開設于旋流圓錐段內，而錐段噴管則開設于旋流圓柱段內，且中心噴管的大端與陰極導電桿相鄰；所述陽極組件，包括陽電極、陽極水套、陽極殼體以及陽極旋流環；陽極殼體緊靠著上端部的內壁設置凹槽，陽極旋流環的外圓面與凹槽槽底相對設置的敞口端部緊密配合封接，該陽極旋流環與凹槽槽底之間的空間形成陽極進氣室；陽極旋流環的圓周方向均布2 個以上的切向流孔；陽電極沿軸向開設用于等離子體噴射的噴管，且陽電極置于陽極旋流環的下方，同時陽電極的外表面與陽極殼體液密封連接；陽極水套置于陽極與陽極殼體之間，該陽極水套將陽極與陽極殼體之間的空間隔成連通的陽極冷卻水出水室和陽極冷卻水進水室；陽極殼體上分別開設有與陽極冷卻水進水室貫通連接的陽極冷卻水進口、與陽極冷卻水出水室相貫通的陽極冷卻水出口、與陽極進氣室貫通連接的陽極電離介質進口以及用于安裝引弧器的安置腔；所述陰陽極連接件，包括絕緣套筒，該絕緣套筒的一端與陰極螺紋連接，另一端則通過壓緊法蘭與與陽極連接。
2.根據權利要求1所述氣旋式低溫等離子發生器，其特征在于所述陰極外壁與水冷環形槽之間的空間通過設置陰極水套分隔成連通的陰極冷卻水進水室和陰極冷卻水出水室；且陰極水套的一端與陰極水冷環形槽螺紋連接，陰極冷卻水進口與陰極冷卻水進水室連通，陰極冷卻水出口則與陰極冷卻水出水室連通。
3.根據權利要求1所述氣旋式低溫等離子發生器，其特征在于所述陰極電離介質進口與陰極進氣室的內壁垂直連接；陰極冷卻水進口與陰極冷卻水進水室內壁切向連接，陰極冷卻水出口與陰極冷卻水出水室內壁垂直連接；陽極電離介質進口與陽極進氣室內壁切向連接；陽極冷卻水進口、陽極冷卻水出口分別與陽極冷卻水進水室內壁上端面、陽極冷卻水出水室內壁上端面對應地切向連接。
4.根據權利要求1所述氣旋式低溫等離子發生器，其特征在于所述引弧器為高頻引弧器，包括銜鐵、線圈、絕緣支架以及探針；所述探針為鎢針，線圈與電磁振蕩器連接；銜鐵的一端與絕緣支架鉸接，另一端則與線圈相鄰接；鎢針一端與銜鐵固定連接，另一端則穿過絕緣支架懸置。
全文摘要
本發明公開了一種氣旋式低溫等離子發生器，包括陽極組件、陰極組件、引弧器以及與陽極組件和陰極組件導通的直流電源，該等離子發生器陰電極以及陽電極，利用直流電流將陰、陽電極之間的旋轉壓縮空氣電離后獲得定向高溫、高密度的空氣等離子流，并由拉弧壓縮空氣流吹出等離子發生器，形成高溫大梯度的火核。煤粉顆粒與該高溫等離子流接觸，發生物理反應和化學反應，使煤粉迅速破碎燃燒，并使其中的可燃氣份大量釋放出來，加劇煤粉燃燒，點燃大量煤粉。該等離子發生器采用圓筒形陰電極、喇叭形陽電極，并通以旋轉電離介質，使得電弧支點沿電極表面運動，大大降低了電極的損傷，延長了等離子發生器的壽命。
文檔編號H05H1/32GK102438387SQ20111029809
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者劉飛, 華偉, 耿薦 申請人:南京創能電力科技開發有限公司