專利名稱：一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種等離子電弧噴槍，特別是一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，屬 于等離子技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 等離子電弧噴槍是廣泛應(yīng)用于金屬非金屬冶煉、煤粉鍋爐點火、熱等離子體涂鍍 技術(shù)、等離子體廢物處理、材料制備及篩選等用途的一種工業(yè)設(shè)備。其主要功用是對工業(yè)原 料、材料、垃圾或廢物、工業(yè)半成品等處理對象進行高溫加熱處理，使被處理對象獲得燃燒 (等離子點火和垃圾廢物處理用途)、熔化(金屬、非金屬冶煉、切割和材料制備、篩選等用 途)或涂層(等離子涂鍍)的一種專用設(shè)備。等離子電弧噴槍所產(chǎn)生的射流溫度可高達到數(shù)千攝氏度，超出了自然界已發(fā)現(xiàn)所 有材料的熔(燃)點。因此，它作為一種特殊的高溫?zé)嵩?，具有其他加熱形式不可替代的?用。與傳統(tǒng)燃燒式高溫噴槍相比，等離子電弧噴槍具有溫度高，溫度調(diào)節(jié)范圍寬(幾百到幾 千攝氏度)，能量集中，氣流污染小，氣流速度可調(diào)(超、亞聲速)，成本相對低廉，使用方便 等優(yōu)點。目前，我國常用的等離子電弧噴槍一般為直流單一噴槍形式，噴槍只有一個單獨 的槍體，這種形式的噴槍根據(jù)其電弧弧根的位置不同又分為轉(zhuǎn)移弧和非轉(zhuǎn)移弧兩種類型。 現(xiàn)有的轉(zhuǎn)移弧噴槍的陰極和陽極中的一電極不是槍體本身的陽極或陰極，而是被轉(zhuǎn)移到了 標(biāo)的物身上，利用電弧直接對標(biāo)的物加熱，此類噴槍針對的對象主要為導(dǎo)電材料。非轉(zhuǎn)移弧 噴槍的陰極和陽極均為槍體自身所帶的陰極和陽極，電弧主要在槍體的陰極和陽極之間運 行，不是利用電弧本身對標(biāo)底物進行加熱，而是利用電弧加熱的高溫氣體對標(biāo)的物進行加 熱的一種方式，此類噴槍針對的對象主要為非導(dǎo)電材料。由于電弧本身具有極高的溫度，因 此轉(zhuǎn)移弧噴槍相對于非轉(zhuǎn)移弧噴槍來說能達到更高的溫度和熱效率。但轉(zhuǎn)移弧噴槍的一個 限制條件是標(biāo)的物必須為導(dǎo)電材料，非導(dǎo)電材料則不能將電弧轉(zhuǎn)移至本身，因此目前在對 非導(dǎo)電材料的處理上還不能采用更高溫度和更率的轉(zhuǎn)移弧噴槍，使其使用受到了一定的限 制。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以將電弧轉(zhuǎn)移 至槍體外直接利用電弧對標(biāo)的物進行加熱、溫度更高、參數(shù)調(diào)節(jié)范圍更廣、效率更高、污染 率更低和壽命更長的交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，能滿足金屬非金屬冶煉、煤粉鍋爐點火、超 (亞)聲速噴涂、垃圾焚燒、廢物處理和材料篩選等用途。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，由兩個結(jié)構(gòu)相同 的槍體組成，兩槍體之間呈八字形結(jié)構(gòu)分布，兩槍體軸線夾角為10 170°，兩個槍體的主 電極通過電纜分別與電源的正負極連接，兩個槍體的輔助電極之間通過電纜或機械機構(gòu)連 接在一起形成等電位，每個槍體的主電極和輔助電極之間與高頻引弧裝置連接，噴槍工作時，在每個槍體的主電極和輔助電極之間形成非轉(zhuǎn)移弧，待兩個槍體內(nèi)的非轉(zhuǎn)移弧穩(wěn)定后， 斷開兩個輔助電極之間的連接，兩個槍體內(nèi)的非轉(zhuǎn)移弧在工作氣體的作用下，拉長并拉出 輔助電極，形成起始于一個槍體的主電極，交匯于兩槍體的軸線交點處，終止于另一槍體的 主電極的轉(zhuǎn)移弧。 所述的槍體包括輔助進氣室、主電極、主進氣室、輔助電極、主進氣室體、內(nèi)筒、夕卜 筒、隔離絕緣筒、前法蘭、絕緣體、后法蘭和尾法蘭，主電極和輔助電極分別位于槍體的后端 和前端，分別與主進氣室體機械連接，主電極、輔助電極和主進氣室體之間形成的空腔為主 進氣室，輔助進氣室設(shè)置在主電極的尾部，主電極和主進氣室體之間通過隔離絕緣筒相互 隔開，主進氣室體、內(nèi)筒、外筒和前法蘭焊接為一體，主電極的尾端與尾法蘭焊接在一起，尾 法蘭通過螺栓與后法蘭連接，后法蘭通過螺栓與絕緣體和前法蘭連接，輔助電極位于槍體 的出口處，通過螺紋與主進氣室體連接。所述的輔助進氣室和主進氣室的內(nèi)腔壁面上設(shè)有1 4排與內(nèi)腔圓周切向的進氣 孔，每排切向進氣孔的數(shù)量為沿內(nèi)腔徑向均布2 8個，每個槍體的輔助進氣室和主進氣室 的切向進氣方向一致。所述的輔助電極的內(nèi)徑為沿氣流方向呈收縮形狀，收縮的末端出口小于或等于主 電極的內(nèi)徑，輔助電極的最小內(nèi)徑為0. 3 1倍的主電極內(nèi)徑。所述的主電極和輔助電極采用抗氧化紫銅材料或銅合金材料制成，在內(nèi)表面噴涂
有抗氧化涂層。所述的主電極和輔助電極為雙層中空管狀電極，內(nèi)管的外壁開有通冷卻水的冷卻 水槽。所述的輔助電極的長度為主電極內(nèi)徑的2 5倍。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本實用新型通過將兩個獨立噴槍主電極分別與電源的正負極連接，使電弧的 一部分被轉(zhuǎn)移到槍體外，由電弧直接對標(biāo)的物進行加熱，提高了電弧加熱的效率，解決了傳 統(tǒng)轉(zhuǎn)移弧噴槍只能作用于導(dǎo)電材料的難題，使轉(zhuǎn)移弧噴槍的也能應(yīng)用于非導(dǎo)電材料上，擴 大了轉(zhuǎn)移弧噴槍的應(yīng)用范圍；(2)本實用新型采用轉(zhuǎn)移弧，轉(zhuǎn)移弧射流比傳統(tǒng)的非轉(zhuǎn)移弧噴槍產(chǎn)生的射流具有 更高的溫度，可以作用于需更高溫度加熱的標(biāo)的物；(3)本實用新型的主進氣室和輔助進氣室內(nèi)腔壁面上設(shè)有1 4排與內(nèi)腔圓周切 向的進氣孔，輔助進氣室和主進氣室的切向進氣方向一致，可以加速電弧旋轉(zhuǎn)速度，獲得更 好的電弧壓縮效果，降低電弧對電極的燒損；(4)本實用新型的輔助電極內(nèi)徑為沿氣流方向呈收縮形狀，收縮的末端出口小于 或等于主電極的內(nèi)徑，使流經(jīng)出口的氣流速度獲得進一步的加速，使之以更大的動量快速 流出輔助電極；(5)本實用新型通過改變兩槍體的夾角和距離可以很方便的調(diào)節(jié)電弧電壓，從而 可以獲得大范圍電弧功率的改變，使噴槍參數(shù)相比傳統(tǒng)噴槍具有更寬廣的調(diào)節(jié)范圍；(6)本實用新型采用主電極和輔助電極均為抗氧化銅合金材料制成，且在內(nèi)表面 噴涂有抗氧化涂層，使用過程中電極本身損耗小，即使在氧化環(huán)境下使用，也能獲得更長的 使用壽命，使用維護成本低；[0020](7)本實用新型設(shè)置輔助進氣室，不僅能避免電弧弧根打到主電極尾部，同時還能 通過改變輔助進氣室進氣孔的數(shù)量和大小，調(diào)節(jié)進氣的流量和速度從而達到調(diào)節(jié)電弧弧根 的位置。

圖1為本實用新型起弧原理示意圖；圖2為本實用新型槍體機械結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型主電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型主進氣室結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍由兩個結(jié)構(gòu)相同的槍體組成。兩個槍體的 軸線呈“八”字形放置，軸線夾角可以在10度 170度之間調(diào)節(jié)，且每個槍體的位置可以沿 自身軸向方向前后調(diào)節(jié)。電源的正極和負極分別同兩槍體的主電極相連接。工作氣體分別 由兩槍體得的主進氣室和輔助進氣室注入。本實用新型的核心部分在于兩個噴槍槍體的放 置位置以及槍體同供電電源的連接方式。兩槍體的每一槍體均可作為單一噴槍獨立運行， 均設(shè)有輔助進氣室、主進氣室、陽極和陰極等部件，獨立運行時的主電極作為陽極(陰極)， 輔助電極作為陰極(陽極)，電源的正負極分別同槍體的陽極和陰極連接。作為一個完整的 交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，兩槍體不再是獨立的噴槍，而是分別作為交叉噴槍的陽極和陰 極，輔助電極只在起弧時投入使用，電弧啟動后，電弧啟始于一槍體的陽極，交匯于兩槍體 軸線的交點，終止于另一槍體的陰極。在兩槍體陽極和陰極之間產(chǎn)生的電弧弧柱的中間部 分就被轉(zhuǎn)移到了槍體之外。圖2為本實用新型單個槍體部分的機械結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，槍體由輔助進氣室1、 主電極2、主進氣室3、輔助電極4、主進氣室體5、內(nèi)筒6、外筒7、隔離絕緣筒8、前法蘭9、絕 緣體10、后法蘭11和尾法蘭12組成。主電極2和輔助電極4分別位于槍體的后端和前端，二者分別與主進氣室體5相 連接，主電極2、輔助電極4和主進氣室5之間形成的空腔為主進氣室3。主電極2和主進 氣室體5之間通過隔離絕緣筒8相互隔開，主電極2的尾端同尾法蘭12焊接在一起，連同 后法蘭11通過螺栓與絕緣體10相連接。輔助電極位于槍體的出口處，通過螺紋與主進氣 室體5相連接。主電極2和輔助電極4均由冷卻水進行冷卻。冷卻水(W)從尾法蘭12上的進水 口進入到主電極2與隔離絕緣筒8之間的空腔對主電極進行冷卻，然后從隔離絕緣筒8和 主進氣室體5之間的孔流出進入到輔助電極4的外側(cè)，環(huán)繞冷卻輔助電極4后，通過內(nèi)筒6 和外筒7形成的夾層通至出水口。工作氣體(Q)分別經(jīng)有主進氣口和輔助進氣口進入到主進氣室3和輔助進氣室1 內(nèi)，二者的進氣方向均為切向注入，且旋轉(zhuǎn)方向相同。工作氣體在同一槍體內(nèi)的主進氣室和 輔助進氣室的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。主電極2的結(jié)構(gòu)為一端開口、一端封閉的雙層中空管狀結(jié)構(gòu)，管內(nèi)為電弧和氣體 通道，管外為冷卻水通道。封閉端設(shè)有輔助進氣室1，開口端與主進氣室體5相連。主電極2如圖3所示，包括內(nèi)管31和外管32，內(nèi)管31的外壁加工有縱向的導(dǎo)水槽33。這些導(dǎo)水槽 33—方面能夠增加冷卻水的流量，另一方面能夠擴大電極的換熱面積，提高冷卻水的換熱 效率，有助于延長電極的使用壽命。主電極的材料由無氧銅或抗氧化銅合金材料制成。如 果工作氣體為氧化氣氛，還可以在電極內(nèi)表面涂鍍抗氧化涂層。輔助電極4為兩端開口的中空管狀結(jié)構(gòu)，其出口尺寸小于或等于入口尺寸，為入 口尺寸的0. 3 1倍，主要目的是使流經(jīng)出口的氣流速度獲得進一步的加速，使之以更大的 動量快速流出輔助電極，并與另一槍體輔助電極出口的弧柱相交形成一完整的電弧。輔助 電極的長度尺寸一般取主電極內(nèi)徑直徑的2 5倍。輔助電極4通過其自身的螺紋同主進 氣室體5連接，兩端由密封圈同冷卻水道密封。輔助電極4的主要作用是作為起弧電極用。 起弧時，電弧先在主電極2和輔助電極4之間燃燒，電弧穩(wěn)定后斷開輔助電極同主回路的連 接，使電弧再轉(zhuǎn)移至主電極之間燃燒。主進氣室3是由主進氣室體5、主電極2和輔助電極4所圍成的空腔區(qū)域。主進 氣室體5內(nèi)部的左端為主電極2，右端為輔助電極4，在二者之間空腔處的壁面上設(shè)有1 4排切向進氣孔51，如圖4所示。每排進氣孔51的數(shù)量為沿徑向均布的2 8個小孔，每 個小孔的直徑取0. 5 3mm。主進氣室體5外側(cè)分別同內(nèi)筒6和外筒7焊接在一起。工作 氣體(Q)由絕緣體10上的入口進入，經(jīng)由內(nèi)筒6和隔離絕緣筒8之間的夾層進入主進氣室 體5的切向進氣孔51。主進氣的作用是通過切向進氣的流動形成沿徑向分布的壓力梯度， 壓縮并拉長，使之穩(wěn)定運行在槍體的軸線附近。主進氣室體5、內(nèi)筒6、外筒7和法蘭9焊接 為一體，通過螺栓同絕緣體10連接在一起。切向進氣孔51可以加工成如圖4所示的階梯 孔，也可加工成直徑一致的通孔。輔助進氣室1設(shè)置在主電極尾部，既可利用主電極2封閉端的空腔也可單獨設(shè)置。 其基本結(jié)構(gòu)同主進氣室3類似，在內(nèi)腔壁上加工切向進氣孔。設(shè)置輔助進氣室的目的一是 避免電弧弧根打到主電極尾部，二是通過改變進氣孔的數(shù)量和大小，調(diào)節(jié)進氣的流量和速 度從而達到調(diào)節(jié)電弧弧根的位置。為保證工作氣體在同一槍體內(nèi)的主進氣室和輔助進氣室的旋轉(zhuǎn)方向是相同的，同 一槍體主進氣室3和輔助進氣室1上加工的切向進氣孔加工方向一致，即同為順時針方向 或同為逆時針方向，圖4為主進氣室3按照逆時針方向加工的切向進氣孔。高頻起弧裝置是啟動噴槍時提供給主回路的電弧啟動裝置。如圖1所示，高頻起 弧裝置安裝在兩槍體的主電極2和輔助電極4之間。由于高頻引弧裝置屬于公有技術(shù)，在 此不作詳細介紹。冷卻水和工作進氣輸送管道是由多層管道組合而成的同心圓結(jié)構(gòu)，冷卻水從進水 口流入冷卻主電極和輔助電極后由出水口流出，工作進氣通過管道分別輸送至輔助進氣室 1和主進氣室2。工作原理如圖1所示，噴槍正常工作時，電源的正、負電極分別通過電纜同兩槍 體的主電極2相連接，兩槍體的輔助電極4通過電纜或機械機構(gòu)連接在一起使之成等電位， 高頻起弧裝置連接在主電極2和輔助電極4之間。噴槍啟動時，首先對噴槍通冷卻水和工 作進氣，待二者穩(wěn)定后，接通高頻起弧裝置，電弧分別在兩槍體的主電極2和輔助電極4之 間形成，待電弧穩(wěn)定后，斷開連接兩輔助電極4的電纜或利用機械結(jié)構(gòu)將兩連接的槍體分 開，分布在兩槍體的兩段電弧最終在旋轉(zhuǎn)氣流的壓縮下電弧被拉長并交匯于兩槍體軸線的交點處，形成為由一槍體主電極到另一槍體主電極的一條完整電弧(電弧起始于與電源正 極，交匯于兩槍的軸線交點，閉合于負極)。 本實用新型的具體結(jié)構(gòu)證明了本實用新型所具有的獨特特點，不僅能夠作為傳統(tǒng) 等離子噴槍滿足金屬冶煉、煤粉鍋爐點火、超(亞)聲速噴涂、垃圾焚燒、廢物處理、材料制 備及篩選等用途，而且作為其獨特的轉(zhuǎn)移弧和運行范圍寬的特點，還可廣泛應(yīng)用于非金屬 和耐高溫材料的融解或冶煉。本實用新型的等離子噴槍溫度可達10000K以上，熱效率高達90%以上，運行范圍 廣，參數(shù)調(diào)節(jié)方便，運行穩(wěn)定，使用壽命長，可廣泛應(yīng)用于金屬非金屬冶煉、煤粉鍋爐點火、 超(亞)聲速噴涂、垃圾焚燒、廢物處理、材料制備及篩選等用途等。本實用新型未詳細說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，其特征在于由兩個結(jié)構(gòu)相同的槍體組成，兩槍體之間呈八字形結(jié)構(gòu)分布，兩槍體軸線夾角為10～170°，兩個槍體的主電極(2)通過電纜分別與電源的正負極連接，兩個槍體的輔助電極(4)之間通過電纜或機械機構(gòu)連接在一起形成等電位，每個槍體的主電極(2)和輔助電極(4)之間與高頻引弧裝置連接，噴槍工作時，在每個槍體的主電極(2)和輔助電極(4)之間形成非轉(zhuǎn)移弧，待兩個槍體內(nèi)的非轉(zhuǎn)移弧穩(wěn)定后，斷開兩個輔助電極(4)之間的連接，兩個槍體內(nèi)的非轉(zhuǎn)移弧在工作氣體的作用下，拉長并拉出輔助電極，形成起始于一個槍體的主電極，交匯于兩槍體的軸線交點處，終止于另一槍體的主電極的轉(zhuǎn)移弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，其特征在于所述的槍體包 括輔助進氣室(1)、主電極(2)、主進氣室(3)、輔助電極(4)、主進氣室體(5)、內(nèi)筒(6)、外 筒(7)、隔離絕緣筒(8)、前法蘭(9)、絕緣體(10)、后法蘭(11)和尾法蘭(12)，主電極(2) 和輔助電極(4)分別位于槍體的后端和前端，分別與主進氣室體(5)機械連接，主電極(2)、 輔助電極(4)和主進氣室體(5)之間形成的空腔為主進氣室(3)，輔助進氣室(1)設(shè)置在主 電極(2)的尾部，主電極(2)和主進氣室體(5)之間通過隔離絕緣筒(8)相互隔開，主進氣 室體(5)、內(nèi)筒(6)、外筒(7)和前法蘭(9)焊接為一體，主電極(2)的尾端與尾法蘭(12)焊 接在一起，尾法蘭(12)通過螺栓與后法蘭(11)連接，后法蘭(11)通過螺栓與絕緣體(10) 和前法蘭(9)連接，輔助電極(4)位于槍體的出口處，通過螺紋與主進氣室體(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，其特征在于所述的輔助進 氣室(1)和主進氣室(3)的內(nèi)腔壁面上設(shè)有1 4排與內(nèi)腔圓周切向的進氣孔，每排切向 進氣孔的數(shù)量為沿內(nèi)腔徑向均布2 8個，每個槍體的輔助進氣室(1)和主進氣室(3)的 切向進氣方向一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，其特征在于所述的輔 助電極(4)的內(nèi)徑為沿氣流方向呈收縮形狀，收縮的末端出口小于或等于主電極(2)的內(nèi) 徑，輔助電極⑷的最小內(nèi)徑為0. 3 1倍的主電極⑴內(nèi)徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，其特征在于所述的主電極 (2)和輔助電極(4)采用抗氧化紫銅材料或銅合金材料制成，在內(nèi)表面噴涂有抗氧化涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，其特征在于所述的主電極 ⑵和輔助電極⑷為雙層中空管狀電極，內(nèi)管的外壁開有通冷卻水的冷卻水槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，其特征在于所述的輔助電 極⑷的長度為主電極⑵內(nèi)徑的2 5倍。
專利摘要一種交叉型轉(zhuǎn)移弧等離子噴槍，由兩個結(jié)構(gòu)相同的槍體組成，兩槍體之間呈八字形結(jié)構(gòu)分布，兩槍體軸線夾角為10～170°，兩個槍體的主電極通過電纜分別與電源的正負極連接，兩個槍體的輔助電極之間通過電纜或機械機構(gòu)連接在一起形成等電位，每個槍體的主電極和輔助電極之間與高頻引弧裝置連接，噴槍工作時，在每個槍體的主電極和輔助電極之間形成非轉(zhuǎn)移弧，待兩個槍體內(nèi)的非轉(zhuǎn)移弧穩(wěn)定后，斷開兩個輔助電極之間的連接，兩個槍體內(nèi)的非轉(zhuǎn)移弧在工作氣體的作用下，拉長并拉出輔助電極，形成起始于一個槍體的主電極，交匯于兩槍體的軸線交點處，終止于另一槍體的主電極的轉(zhuǎn)移弧。本實用新型通過將兩個獨立噴槍主電極分別與電源的正負極連接，使電弧的一部分被轉(zhuǎn)移到槍體外，由電弧直接對標(biāo)的物進行加熱，解決了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移弧噴槍只能作用于導(dǎo)電材料的難題。
文檔編號H05H1/34GK201611977SQ20102011352
公開日2010年10月20日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者陳 峰, 陳連忠, 黃祥清 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院