本發(fā)明涉及層流等離子發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)涉及一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

等離子態(tài)是物質(zhì)的第四態(tài)，宇宙中幾乎99﹪的物質(zhì)（不包括尚未確認(rèn)的暗物質(zhì)）都處于等離子態(tài)。等離子體射流與一般流體在流動(dòng)特征上有相似性，具有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流與湍流。對(duì)某一指定流體，當(dāng)其流速小于一特定值時(shí)，流體作有規(guī)則的層狀或流束狀運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)間互不干擾地前進(jìn)，這種流動(dòng)形式叫層流；當(dāng)流體流速大于該值時(shí)，流體有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)遭到破壞，質(zhì)點(diǎn)除了主要的縱向運(yùn)動(dòng)外還有附加的橫向運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)交錯(cuò)混亂地前進(jìn)，這種流動(dòng)形式叫湍流。

等離子體其溫度分布范圍則從10 K的低溫到核聚變等離子體的 10億K超高溫并擁有一系列獨(dú)特性質(zhì)，使等離子體在納米材料生產(chǎn)、新材料合成、熱加工制造、冶煉、鉆探、煤化工、垃圾廢物處理、材料表面處理、電子、新能源、軍事、航空航天等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

在等離子體高溫?zé)嵩捶矫妫壳皯?yīng)用十分廣泛的電弧等離子體射流絕大部分采用湍流形態(tài)工作，這是由現(xiàn)有湍流電弧等離子體射流發(fā)生器技術(shù)和工作原理決定的。電弧等離子發(fā)生器分為層流和湍流兩種，其關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

近幾十年來(lái)，等離子體發(fā)生器的研制及等離子診斷技術(shù)的開(kāi)發(fā)均取得了巨大的進(jìn)展，并且等離子體研制與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)已不再局限與航天航空方面的應(yīng)用，而是更多地轉(zhuǎn)向機(jī)械、化工、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用，特別是在材料加工與新材料研制方面的應(yīng)用。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)性的應(yīng)用，要求等離子體發(fā)生器有較長(zhǎng)的壽命和較高的效率。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，等離子體流呈現(xiàn)復(fù)雜的流動(dòng)狀況，特別是大尺寸、大流量、大功率的工業(yè)等離子體裝置中則通常為湍流流動(dòng)。

因此，在工業(yè)應(yīng)用中，希望等離子體射流穩(wěn)定地維持在層流狀態(tài)，這就需要把握等離子體在發(fā)生器中形成的各個(gè)環(huán)節(jié)，控制所有影響電弧穩(wěn)定性的擾動(dòng)因素，克服等離子體射流的湍動(dòng)性，才能產(chǎn)生出高溫區(qū)域長(zhǎng)、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明型提供了一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的發(fā)明目的旨在于解決現(xiàn)有技術(shù)中等離子體流不穩(wěn)定，呈現(xiàn)湍流的現(xiàn)象，本發(fā)明的大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，可以克服等離子體射流的湍動(dòng)性，能夠產(chǎn)生出高溫區(qū)域長(zhǎng)、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護(hù)罩，所述進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣環(huán)、陰極連接柱和陽(yáng)極固定座，所述陰極保護(hù)罩套在陰極連接柱上，且與陰極連接柱之間形成氣流通道，所述進(jìn)氣環(huán)通過(guò)密封件套在陰極連接柱上，且外側(cè)設(shè)置在陽(yáng)極固定座內(nèi)；所述進(jìn)氣環(huán)、陽(yáng)極固定座、密封件和陰極保護(hù)罩形成工作氣腔，所述氣流通道與工作氣腔連通，連通處設(shè)置有單向閥，所述進(jìn)氣環(huán)上設(shè)置有出氣口，所述出氣口出設(shè)置單向閥，工作氣體由氣流通道進(jìn)入到工作氣腔內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)氣環(huán)的出氣口進(jìn)入到電離腔內(nèi)進(jìn)行電離。

所述工作氣腔內(nèi)設(shè)置有彈簧件，所述彈簧件一端固定在進(jìn)氣環(huán)上，另一端固定在陽(yáng)極固定座上。

所述陽(yáng)極固定座上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)配合的滑動(dòng)槽，所述進(jìn)氣環(huán)在滑動(dòng)槽內(nèi)滑動(dòng)。

所述進(jìn)氣環(huán)內(nèi)部設(shè)置有氣道，所述氣道沿進(jìn)氣環(huán)徑向螺旋分布。

所述進(jìn)氣環(huán)的外表面與電離腔接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層。

所述陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)還包括進(jìn)水管和出水管，所述進(jìn)水管設(shè)置在保護(hù)罩側(cè)壁內(nèi)部，所述出水管與進(jìn)水管并列設(shè)置在保護(hù)罩側(cè)壁內(nèi)部；所述進(jìn)水管的端部與出水管的端部連通。

所述進(jìn)水管和出水管均沿保護(hù)罩軸向螺旋分布。

所述陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極外殼、陽(yáng)極頭、電弧通道和冷卻水管，所述冷卻水管貫穿陽(yáng)極外殼、陽(yáng)極頭和電弧通道，且設(shè)置在陽(yáng)極外殼、陽(yáng)極頭和電弧通道側(cè)壁的內(nèi)部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來(lái)的有益的技術(shù)效果表現(xiàn)在：

1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)層流等離子高弧壓、小電流的工作模式，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為合理，能夠形成層流等離子射流。本發(fā)明中陽(yáng)極部分和陰極部分的分布，陰極電離腔的形成，有助于穩(wěn)定等離子射流。本發(fā)明的層流電弧等離子體束發(fā)生器產(chǎn)生的射流性能優(yōu)異，不能可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，而且產(chǎn)生的射流具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、能量密度集中、軸向溫度梯度小、噪聲低、可控性好、可重復(fù)、精度高等突出優(yōu)點(diǎn)。

2、在陰極罩與陰極連接柱之間設(shè)置氣流通道，工作氣體從氣流通道進(jìn)入到進(jìn)氣環(huán)，在工作氣體輸送過(guò)程中，被陰極連接柱加熱，防止因電離腔內(nèi)溫度較高而形成較高氣壓，阻擋工作氣體輸送的現(xiàn)象，同時(shí)可以利用陰極連接柱的熱量，綜合利用資源。

3、本發(fā)明中工作氣腔的設(shè)置可以存儲(chǔ)一定量的工作氣體，同時(shí)在電離腔內(nèi)溫度較高時(shí)，氣壓增加，在進(jìn)氣環(huán)出口的單向閥的作用下，電離腔內(nèi)的氣壓會(huì)擠壓進(jìn)氣環(huán)向工作氣腔移動(dòng)，而在工作氣腔與氣流通道之間的單向閥的作用下，工作氣腔密封，工作氣腔內(nèi)氣壓升高，可以調(diào)節(jié)電離腔內(nèi)氣體的氣壓，使得電離腔與工作腔內(nèi)的氣壓達(dá)到平衡，緩解由于電離腔內(nèi)溫度升高而與氣流通道內(nèi)的工作氣體形成的氣壓差，可以保證工作氣體的順利輸送，保證了層流等離子的穩(wěn)定性。

4、陽(yáng)極固定座上設(shè)置滑動(dòng)槽，使得進(jìn)氣環(huán)可以在陽(yáng)極固定座上滑動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電離腔和工作氣腔之間的氣壓平衡。

5、進(jìn)氣環(huán)內(nèi)的螺旋氣道，可以存儲(chǔ)一定量的工作氣體，可以有效的利用陰極頭的溫度在工作氣體輸送過(guò)程中進(jìn)行升溫，使其與電離腔內(nèi)的工作氣體溫度相近，防止電離腔內(nèi)對(duì)輸入的工作氣體的阻隔，提高了層流等離子射流的穩(wěn)定性。同時(shí)，螺旋式分布的工作氣體，其在壓縮的情況下，也在工作氣腔的情況下，能夠保證在存在氣壓差的情況下，仍能繼續(xù)順利輸送工作氣體。

6、陰極保護(hù)罩的冷卻密封結(jié)構(gòu)，一方面為了對(duì)陰極連接柱進(jìn)行冷卻，另一方面可以降低保護(hù)罩的溫度，從而防止熱量傳遞到槍體底座和槍體的殼體上，防止對(duì)外界的影響，保證槍體的安全性能，本發(fā)明的保護(hù)罩分布兩個(gè)管道，進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管用于冷卻陰極連接柱，出水管用于冷卻保護(hù)罩。

7、本發(fā)明的陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)是通過(guò)一個(gè)冷卻水管貫穿整個(gè)陽(yáng)極部分，冷卻水管貫穿陽(yáng)極外殼、電弧通道和陽(yáng)極頭，即對(duì)陽(yáng)極外殼進(jìn)行冷卻，防止陽(yáng)極外殼溫度過(guò)高，對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行影響；又對(duì)電弧通道進(jìn)行冷卻，可以穩(wěn)定層流等離子射流；還對(duì)陽(yáng)極頭進(jìn)行冷卻，可以延長(zhǎng)陽(yáng)極頭的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記：1、陰極保護(hù)罩，2、進(jìn)氣環(huán)，3、陰極連接柱，4、陽(yáng)極固定座，5、氣流通道，6、密封件，7、工作氣腔，8、單向閥，9、出氣口，10、電離腔，11、彈簧件，12、滑動(dòng)槽，13、氣道，14、絕緣層，15、進(jìn)水管，16、出水管，17、陽(yáng)極外殼，18、陽(yáng)極頭，19、電弧通道，20、冷卻水管。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

作為本發(fā)明一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護(hù)罩1，所述進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽(yáng)極固定座4，所述陰極保護(hù)罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進(jìn)氣環(huán)2通過(guò)密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽(yáng)極固定座4內(nèi)；所述進(jìn)氣環(huán)2、陽(yáng)極固定座4、密封件6和陰極保護(hù)罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進(jìn)氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進(jìn)入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)氣環(huán)2的出氣口9進(jìn)入到電離腔10內(nèi)進(jìn)行電離。

實(shí)施例2

作為本發(fā)明又一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護(hù)罩1，所述進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽(yáng)極固定座4，所述陰極保護(hù)罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進(jìn)氣環(huán)2通過(guò)密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽(yáng)極固定座4內(nèi)；所述進(jìn)氣環(huán)2、陽(yáng)極固定座4、密封件6和陰極保護(hù)罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進(jìn)氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進(jìn)入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)氣環(huán)2的出氣口9進(jìn)入到電離腔10內(nèi)進(jìn)行電離；

所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進(jìn)氣環(huán)2上，另一端固定在陽(yáng)極固定座4上；所述陽(yáng)極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動(dòng)槽12，所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動(dòng)槽12內(nèi)滑動(dòng)。

實(shí)施例3

作為本發(fā)明又一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護(hù)罩1，所述進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽(yáng)極固定座4，所述陰極保護(hù)罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進(jìn)氣環(huán)2通過(guò)密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽(yáng)極固定座4內(nèi)；所述進(jìn)氣環(huán)2、陽(yáng)極固定座4、密封件6和陰極保護(hù)罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進(jìn)氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進(jìn)入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)氣環(huán)2的出氣口9進(jìn)入到電離腔10內(nèi)進(jìn)行電離；

所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進(jìn)氣環(huán)2上，另一端固定在陽(yáng)極固定座4上；所述陽(yáng)極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動(dòng)槽12，所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動(dòng)槽12內(nèi)滑動(dòng)；所述進(jìn)氣環(huán)2內(nèi)部設(shè)置有氣道13，所述氣道13沿進(jìn)氣環(huán)2徑向螺旋分布；所述進(jìn)氣環(huán)2的外表面與電離腔10接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層14。

實(shí)施例4

作為本發(fā)明又一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護(hù)罩1，所述進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽(yáng)極固定座4，所述陰極保護(hù)罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進(jìn)氣環(huán)2通過(guò)密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽(yáng)極固定座4內(nèi)；所述進(jìn)氣環(huán)2、陽(yáng)極固定座4、密封件6和陰極保護(hù)罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進(jìn)氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進(jìn)入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)氣環(huán)2的出氣口9進(jìn)入到電離腔10內(nèi)進(jìn)行電離；

所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進(jìn)氣環(huán)2上，另一端固定在陽(yáng)極固定座4上；所述陽(yáng)極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動(dòng)槽12，所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動(dòng)槽12內(nèi)滑動(dòng)；所述進(jìn)氣環(huán)2內(nèi)部設(shè)置有氣道13，所述氣道13沿進(jìn)氣環(huán)2徑向螺旋分布；所述進(jìn)氣環(huán)2的外表面與電離腔10接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層14；

所述陰極保護(hù)罩1密封結(jié)構(gòu)還包括進(jìn)水管15和出水管16，所述進(jìn)水管15設(shè)置在保護(hù)罩側(cè)壁內(nèi)部，所述出水管16與進(jìn)水管15并列設(shè)置在保護(hù)罩側(cè)壁內(nèi)部；所述進(jìn)水管15的端部與出水管16的端部連通；所述進(jìn)水管15和出水管16均沿保護(hù)罩軸向螺旋分布。

實(shí)施例5

作為本發(fā)明又一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護(hù)罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護(hù)罩1，所述進(jìn)氣密封結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽(yáng)極固定座4，所述陰極保護(hù)罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進(jìn)氣環(huán)2通過(guò)密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽(yáng)極固定座4內(nèi)；所述進(jìn)氣環(huán)2、陽(yáng)極固定座4、密封件6和陰極保護(hù)罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進(jìn)氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進(jìn)入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)氣環(huán)2的出氣口9進(jìn)入到電離腔10內(nèi)進(jìn)行電離；

所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進(jìn)氣環(huán)2上，另一端固定在陽(yáng)極固定座4上；所述陽(yáng)極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動(dòng)槽12，所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動(dòng)槽12內(nèi)滑動(dòng)；所述進(jìn)氣環(huán)2內(nèi)部設(shè)置有氣道13，所述氣道13沿進(jìn)氣環(huán)2徑向螺旋分布；所述進(jìn)氣環(huán)2的外表面與電離腔10接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層14；

所述陰極保護(hù)罩1密封結(jié)構(gòu)還包括進(jìn)水管15和出水管16，所述進(jìn)水管15設(shè)置在保護(hù)罩側(cè)壁內(nèi)部，所述出水管16與進(jìn)水管15并列設(shè)置在保護(hù)罩側(cè)壁內(nèi)部；所述進(jìn)水管15的端部與出水管16的端部連通；所述進(jìn)水管15和出水管16均沿保護(hù)罩軸向螺旋分布；

所述陽(yáng)極冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極外殼17、陽(yáng)極頭18、電弧通道19和冷卻水管20，所述冷卻水管20貫穿陽(yáng)極外殼17、陽(yáng)極頭18和電弧通道19，且設(shè)置在陽(yáng)極外殼17、陽(yáng)極頭18和電弧通道19側(cè)壁的內(nèi)部。