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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)的制作方法

文檔序號:11927305閱讀:287來源:國知局

本實用新型涉及層流等離子發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域,更具體地說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特征上有相似性,具有兩種流動狀態(tài):層流與湍流。對某一指定流體,當(dāng)其流速小于一特定值時,流體作有規(guī)則的層狀或流束狀運動,流體質(zhì)點沒有橫向運動,質(zhì)點間互不干擾地前進(jìn),這種流動形式叫層流;當(dāng)流體流速大于該值時,流體有規(guī)則的運動遭到破壞,質(zhì)點除了主要的縱向運動外還有附加的橫向運動,流體質(zhì)點交錯混亂地前進(jìn),這種流動形式叫湍流。

等離子體其溫度分布范圍則從10K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?,目前?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。

近幾十年來,等離子體發(fā)生器的研制及等離子診斷技術(shù)的開發(fā)均取得了巨大的進(jìn)展,并且等離子體研制與開發(fā)的重點已不再局限與航天航空方面的應(yīng)用,而是更多地轉(zhuǎn)向機械、化工、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門的應(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)生器有較長的壽命和較高的效率。然而在實際工程應(yīng)用中,等離子體流呈現(xiàn)復(fù)雜的流動狀況,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。

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)生器中形成的各個環(huán)節(jié),控制所有影響電弧穩(wěn)定性的擾動因素,克服等離子體射流的湍動性,才能產(chǎn)生出高溫區(qū)域長、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,本實用新型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),本實用新型的發(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,本實用新型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性,能夠產(chǎn)生出高溫區(qū)域長、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)中存在的問題,本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(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)通過密封件套在陰極連接柱上,且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座內(nèi);所述進(jìn)氣環(huán)、陽極固定座、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,另一端固定在陽極固定座上。

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

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。

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型所帶來的有益的技術(shù)效果表現(xiàn)在:

1、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型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)相對較為合理,能夠形成層流等離子射流。本實用新型中陽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。本實用新型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,不能可以長時間穩(wěn)定運行,而且產(chǎn)生的射流具有長度長、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。

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,同時可以利用陰極連接柱的熱量,綜合利用資源。

3、本實用新型中工作氣腔的設(shè)置可以存儲一定量的工作氣體,同時在電離腔內(nèi)溫度較高時,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)的氣壓會擠壓進(jìn)氣環(huán)向工作氣腔移動,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、陽極固定座上設(shè)置滑動槽,使得進(jìn)氣環(huán)可以在陽極固定座上滑動,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,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,防止對外界的影響,保證槍體的安全性能,本實用新型的保護(hù)罩分布兩個管道,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、本實用新型的陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)是通過一個冷卻水管貫穿整個陽極部分,冷卻水管貫穿陽極外殼、電弧通道和陽極頭,即對陽極外殼進(jìn)行冷卻,防止陽極外殼溫度過高,對外界環(huán)境進(jìn)行影響;又對電弧通道進(jìn)行冷卻,可以穩(wěn)定層流等離子射流;還對陽極頭進(jìn)行冷卻,可以延長陽極頭的使用壽命。

附圖說明

圖1為本實用新型整體結(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、滑動槽,13、氣道,14、絕緣層,15、進(jìn)水管,16、出水管,17、陽極外殼,18、陽極頭,19、電弧通道,20、冷卻水管。

具體實施方式

實施例1

作為本實用新型一較佳實施例,參照說明書附圖1,本實施例公開了:

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通過密封件6套在陰極連接柱3上,且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi);所述進(jìn)氣環(huán)2、陽極固定座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。

實施例2

作為本實用新型又一較佳實施例,參照說明書附圖1,本實施例公開了:

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通過密封件6套在陰極連接柱3上,且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi);所述進(jìn)氣環(huán)2、陽極固定座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,另一端固定在陽極固定座4上;所述陽極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動槽12,所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動。

實施例3

作為本實用新型又一較佳實施例,參照說明書附圖1,本實施例公開了:

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通過密封件6套在陰極連接柱3上,且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi);所述進(jìn)氣環(huán)2、陽極固定座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,另一端固定在陽極固定座4上;所述陽極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動槽12,所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動;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。

實施例4

作為本實用新型又一較佳實施例,參照說明書附圖1,本實施例公開了:

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通過密封件6套在陰極連接柱3上,且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi);所述進(jìn)氣環(huán)2、陽極固定座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,另一端固定在陽極固定座4上;所述陽極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動槽12,所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動;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。

實施例5

作為本實用新型又一較佳實施例,參照說明書附圖1,本實施例公開了:

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通過密封件6套在陰極連接柱3上,且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi);所述進(jìn)氣環(huán)2、陽極固定座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,另一端固定在陽極固定座4上;所述陽極固定座4上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)2配合的滑動槽12,所述進(jìn)氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動;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;

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

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