一种新型直流等离子体炬制造技术

本发明专利技术公开了一种新型直流等离子体炬，包含前电极、后电极、工作气体分配器，前电极的一端与工作气体分配器的一端连接，工作气体分配器的另一端与后电极一端连接，前电极和后电极分别连接直流等离子体电源的两极，前电极上设置有辅助进气通道并且辅助进气通道位于前电极的主要烧蚀区域的上游。本发明专利技术以较低的附加成本，获得相对现有各型冷阴极等离子炬更优异的电极寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种新型直流等离子体炬
本专利技术涉及一种等离子体炬，特别是一种新型直流等离子体炬，属于等离子

技术介绍
冷阴极直流等离子体炬是等离子体熔融气化和危险废弃物处理的关键设备。典型的冷阴极等离子体炬结构包含前后电极，分别与等离子体炬电源的两极连接，电弧在前电极和后电极之间形成。工作气体（如干燥空气、氮气、氩气等）通过两电极之间的气体分配器引入，并以螺旋形态进入前、后电极空间，维持电弧稳定燃烧。同时，流经前电极的工作气体被电弧加热，形成用于加热处理对象的高温射流。在电磁力和气动力的驱动下，前电极弧根和后电极弧根分别在前电极和后电极内表面往复运动，形成主烧蚀区域。由于弧根处的高能热流，主烧蚀区域上与弧根贴附区域附近，会形成局部高温，造成电极材料快速烧蚀。在以空气为工作气体的等离子体炬中，电极表面受氧化和高温双重作用，烧蚀更为剧烈。因此，工业用等离子体炬的电极是不断损耗的，未考虑延长寿命技术的电极，普遍寿命仅几十小时量级。为延长电极寿命和电极更换周期，需要延缓电极表面的烧蚀速率。而目前普遍的提高电极寿命的方法，均未从直接提高主烧蚀区域冷却效果的角度考虑，以降低电极表面温度。现存主流方法一，是通过提高电极材料耐高温性能，来提高电极寿命。该方法导致电极成本上升，且提高幅度有限；现有方法二，以特定驱动力驱动弧根，提高弧根移动速率，以降低弧根贴附在电极固定位置上的时间。需设置复杂的磁场驱动或气动驱动机构，增加了等离子体炬结构复杂性，且不利于后期维护。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种新型直流等离子体炬，以更低成本的方法降低主烧蚀区域电极材料问题从而提高电极寿命。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种新型直流等离子体炬，其特征在于：包含前电极、后电极、工作气体分配器，前电极的一端与工作气体分配器的一端连接，工作气体分配器的另一端与后电极一端连接，前电极和后电极分别连接直流等离子体电源的两极，前电极上设置有辅助进气通道并且辅助进气通道位于前电极的主要烧蚀区域的上游。进一步地，所述辅助进气通道包含若干条辅助开孔，每条辅助开孔均沿着前电极内壁圆截面的切线方向设置，辅助开孔的一端贯穿前电极内壁，辅助开孔的另一端贯穿前电极的外壁，若干条辅助开孔沿着前电极的周向等间距分布并且若干条辅助开孔的切线分布方向与工作气体分配器的进气分布方向一致。进一步地，所述辅助开孔在前电极的轴线方向上，辅助开孔与前电极圆截面的切线的切向角为4°。进一步地，所述辅助进气通道的辅助气体采用空气、惰性气体或空气与惰性气体的混合气体。进一步地，所述辅助经期通道的辅助气体的流量为工作气体分配器的工作气体流量的10-20%。进一步地，所述前电极包含可拆卸前电极和固定式前电极，辅助进气通道设置在固定式前电极上，可拆卸前电极的一端设置有外螺纹，固定式前电极的一端与工作气体分配器连接，固定式前电极的另一端的内壁上设置有内螺纹，可拆卸前电极的一端插入固定式前电极的另一端与固定式前电极螺纹连接。进一步地，所述可拆卸前电极与固定式前电极的连接部位设置有密封圈。进一步地，所述前电极外侧设置有前电极冷却装置，前电极冷却装置包含前电极冷却外壳，前电极冷却外壳套设在前电极外侧并且前电极冷却外壳的两端与前电极的两端端部密封连接，前电极冷却外壳内侧设置有冷却通道，前电极冷却外壳一侧开有冷却液进口并且冷却液进口位于前电极冷却外壳的一端，前电极冷却外壳的另一侧开有冷却液出口并且冷却液出口位于前电极冷却外壳的另一端。进一步地，所述前电极冷却外壳上设置有辅助进气口，辅助进气口沿前电极冷却外壳的径向设置，辅助进气口一端贯穿前电极冷却外壳的外壁，辅助进气口另一端贯穿前电极冷却外壳的内壁并且与辅助进气通道的辅助对应开孔连通，辅助进气口在冷却通道位置通过管状结构与冷却通道分隔。进一步地，所述后电极外侧设置有后电极冷却装置，后电极冷却装置包含后电极冷却外壳，后电极冷却外壳套设在后电极外侧并且后电极冷却外壳的两端与后电极的两端端部密封连接，后电极冷却外壳内侧设置有冷却通道，后电极冷却外壳一侧开有冷却液进口并且冷却液进口位于后电极冷却外壳的一端，后电极冷却外壳的另一侧开有冷却液出口并且冷却液出口位于后电极冷却外壳的另一端。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、本专利技术辅助进气不断冲刷电极主烧蚀区域，快速带走弧根传输给电极表面的热量，与电极冷却液共同冷却电极，降低了电极表面温度，抑制了电极高温烧蚀，使电极寿命得到提高。根据传热计算，电极烧蚀速率相较于普通结构下降约30%；2、本专利技术辅助进气在电极主烧蚀区域表面形成冷气膜，冷气膜阻碍了高温工作气体向电极主烧蚀区域的对流传热，降低电极冷却负荷的同时显著改善了电弧热效率。根据计算，仅前电极采用辅助进气结构，即可将等离子体炬的热效率从70%提升至80%以上；3、本专利技术可非常容易与现有各种提高电极寿命的技术手段搭配使用，以较低的附加成本，获得相对现有各型冷阴极等离子炬更优异的电极寿命。附图说明图1是本专利技术的一种新型直流等离子体炬的示意图。图2是本专利技术的一种新型直流等离子体炬的A-A向剖视图。图3是本专利技术的一种新型直流等离子体炬的局部放大图。具体实施方式为了详细阐述本专利技术为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本专利技术的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1所示，本专利技术的一种新型直流等离子体炬，包含前电极1、后电极2、工作气体分配器3，前电极1的一端与工作气体分配器3的一端连接，工作气体分配器3的另一端与后电极2一端连接，前电极1和后电极2分别连接直流等离子体电源4的两极，前电极1上设置有辅助进气通道5并且辅助进气通道5位于前电极1的主要烧蚀区域6的上游，辅助进气通道5需要设置在主要烧蚀区域的上游附近，设置远了则很难达到本申请的技术效果。现有技术中，有些等离子体炬中有时也会设置辅助的进气通道，但是这些辅助进气的位置一般位于后电极尾端或多个前电极的中间插入段，并非位于主烧蚀区域的上游附近。因此并不能形成冷气膜。而且现有技术增加辅助进气的主要目的，是通过多路进气，调节弧柱受到的气动力，以控制弧根主烧蚀区域的范围；或是通过辅助气体的冷却作用，提高对电弧弧柱的约束效果，使弧柱稳定在电极轴线上。本专利技术的等离子体炬为反极性炬，前电极连接电源负极，后电极连接电源正极。通过恰当设置辅助进气，在电极主要烧蚀区域上形成贴附于、并不断冲刷电极表面的冷气膜，从而以下两个效果：一、通过流经电极表面的辅助进气，直接冷却与弧根接触的主烧蚀区域表面，显著提高电极冷却效果；二、将等离子体炬内被加热的高温气体与主烧蚀区域隔离。这将从根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型直流等离子体炬，其特征在于：包含前电极、后电极、工作气体分配器，前电极的一端与工作气体分配器的一端连接，工作气体分配器的另一端与后电极一端连接，前电极和后电极分别连接直流等离子体电源的两极，前电极上设置有辅助进气通道并且辅助进气通道位于前电极的主要烧蚀区域的上游。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型直流等离子体炬，其特征在于：包含前电极、后电极、工作气体分配器，前电极的一端与工作气体分配器的一端连接，工作气体分配器的另一端与后电极一端连接，前电极和后电极分别连接直流等离子体电源的两极，前电极上设置有辅助进气通道并且辅助进气通道位于前电极的主要烧蚀区域的上游。


2.按照权利要求1所述的一种新型直流等离子体炬，其特征在于：所述辅助进气通道包含若干条辅助开孔，每条辅助开孔均沿着前电极内壁圆截面的切线方向设置，辅助开孔的一端贯穿前电极内壁，辅助开孔的另一端贯穿前电极的外壁，若干条辅助开孔沿着前电极的周向等间距分布并且若干条辅助开孔的切线分布方向与工作气体分配器的进气分布方向一致。


3.按照权利要求2所述的一种新型直流等离子体炬，其特征在于：所述辅助开孔在前电极的轴线方向上，辅助开孔与前电极圆截面的切线的切向角为4°。


4.按照权利要求1所述的一种新型直流等离子体炬，其特征在于：所述辅助进气通道的辅助气体采用空气、惰性气体或空气与惰性气体的混合气体。


5.按照权利要求1所述的一种新型直流等离子体炬，其特征在于：所述辅助经期通道的辅助气体的流量为工作气体分配器的工作气体流量的10-20%。


6.按照权利要求1所述的一种新型直流等离子体炬，其特征在于：所述前电极包含可拆卸前电极和固定式前电极，辅助进气通道设置在固定式前电极上，可拆卸前电极的一端设置有外螺纹，固定式前电极的一端与工作气体分配器连接，固定式前电极的另一端的内壁上设置有内螺纹，可...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟雷，陈乐文，吕浩，管晓纳，李要建，曹德标，
申请(专利权)人：江苏天楹等离子体科技有限公司，江苏天楹环保能源成套设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32