等离子体发生器制造技术

本实用新型专利技术涉及等离子体发生器。该等离子体发生器包括阴极和阳极，二者布置为适合产生电弧放电；其特征在于所述阴极的中心轴线偏离阳极的中心轴线，并且该等离子体发生器还包括：驱动装置，用于使所述阴极和阳极相对旋转。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及等离子体发生器。
技术介绍
一般的等离子体发生器为中心轴线式，具有阴极的启弧点与阳极 的中心轴线重合的特点。中心轴线式等离子体发生器产生等离子体的原理是阴极头联接于电源负极，阳极联接于电源正极，电源输送出稳恒电流，当阴极头緩緩离开阳极后，随着电压的建立，两极之间立即形成高温等离子体火炬，具体地讲是阴极头发射的电子将空气击穿形成等离子火炬。对于中心轴线式的等离子体发生器，阴极寿命是一项重要难题。在本技术公开以前，从已知的资料可以看到各国科学家在提 高阴极寿命的研究上注意力都集中在两个方面1、寻找新型材料， 降低阴极消耗速率；2、采用惰性气体保护措施来降低阴极消耗速率。 例如本申请人的技术专利No.00245774.1公开了一种用于等离子 发生器的金属电极，该电极使用银或银基合金制作的，较以往的石墨 电极有效的提高了阴极寿命，但该电极仍然存在阴极烧蚀面积小，阴 极材料无法得到充分利用，从而限制了阴极寿命的提高；又例如澳大 利亚研制出了采用氮气保护电极的燃烧烟煤的等离子体发生器，但这 种装置需配套复杂的制氮设备。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术的目的是提供一种改进的等离子体发 生器，能够提高阴极的寿命。为此，本技术的等离子体发生器通过将阳极和阴极偏心布置并使阴极与阳极相对旋转，从而使阴极启弧点(阴极斑点)在阴极表面 移动来扩大阴极的烧蚀面积，从而达到提高阴极寿命的目的。该装置主要包括阴极和阳极，二者布置为适合产生电弧放电；其特征在于所 述阴极的中心轴线偏离阳极的中心轴线，并且该等离子体发生器还包 括驱动装置，用于使所述阴极和阳极相对旋转。通过上述结构，通过阴极和阳极的相对旋转扩大了阴极头表面烧 蚀凹坑的面积，具体地讲也就是通过将阴极和阳极中心轴线偏心布 置，启弧点在阴极表面也是偏心的，当阴极与阳极相对旋转时，启弧 点也会绕阴极中心轴线而不断移动，从而扩大了烧蚀面积，提高了阴 极的使用寿命。以下结合附图对本技术的具体实施方式进行详细说明。附图中附图说明图1A和图1B分别是现有技术的等离子体发生器中阴极头烧蚀 位置和形状的俯视和剖面示意图2A到图2D是本技术的等离子体发生器中阴极头烧蚀位 置和形状示意图，其中图2A到2C是俯视图，图2D是剖面图3是等离子体发生器的传统实施方式的结构剖面示意图4是本技术的等离子体发生器的一种实施方式的结构剖 面示意图5是本技术的等离子体发生器的另一种实施方式的结构 剖面示意图。具体实施方式以下结合附图详细说明本技术的具体实施方式。 如图1A和图1B所示，在传统的等离子体发生器中，阴极头101 作为发射电子的一极，其表面发射电子的区域有着极高的温度，在高 温蒸发以及化学作用的影响下，即使在有水冷的条件下，阴极头101 表面发射电子的区域(启弧点)是消耗的，经过一段时间的工作，会在阴极头表面烧蚀成一个凹坑102。因为该等离子发生器是中心轴线式 等离子发生器，该凹坑位于阴极与阳极中心轴线的重合点，而且受电 场、磁场、以及空气动力的作用，该凹坑的直径不会太大，会一直向 下烧蚀，直到将阴极烧穿。大量的试验和工程应用表明，在同样功率 和水冷条件下，阴极头的使用寿命和阴极头的消耗量具有一定的函数 关系，如果提高阴极头的可用消耗量，则预示着阴极头工作寿命的提 高。由于阴极烧蚀是以一点为中心进行的，简单地增大阴极的表面积 并不能增大可用消耗量，另 一种增大可用消耗量的方法是增大阴极的 厚度，但这会使制造成本大大提高。鉴于上述问题，设计人提出通过偏心布置阳极和阴极并使阴极和 阳极相对旋转来扩大阴极的烧蚀面积，从而提高阴极的可用消耗量， 进而提高阴极工作寿命。为了清楚地说明本技术，首先结合图3描述传统的等离子体 发生装置的结构。如图所示，其包括阴极和阳极。阴极可以包括由金 属材料制成的阴极主体14和适合用作电弧放电阴极材料的阴极头9。 阳极可以包括管形的阳极支架16和阳极头11，与阴极同心布置。当 然，阳极和阴极均可以制造成一体的而不是两部分。在阳极支架16 和阴极主体14的第一端，阳极支架16和阴极主体14保持同心。阳 极头11收缩之后再膨胀，收缩部分的内壁与阴极头9形成匹配的形 状，以便于阳极头11和阴极头9的接触和启弧。膨胀部分形成喷口 状，以便等离子体火焰喷出。图4图示了本技术的一种优选实施方式。如图所示，本实用 新型的等离子体发生装置主要由电弧发生部分、驱动部分两部分构 成。电弧发生部分的结构基本上与传统的等离子体发生装置相同。所 不同的是，使得阴极主体14稍有倾斜，也就是使得阴极主体的轴线 13相对于阳极轴线12是倾斜的，从而使得阴极头与阳极头偏心布置。阴极主体14的倾斜可以使用任何手段实现，例如可以通过调整阳极 和阴极之间的支撑环17的结构来实现。同时，阴极可以旋转并可以 相对于阳极前后移动。当然，在上述方案中，也可以使阴极和阳极之间整体偏心布置， 也就是阴极轴线13和阳极轴线12仍然平行，但是偏心布置(未图示)。驱动部分包括驱动源1和传动装置。传动装置将驱动电机1的转 动传递给与阴极主体14连为一体的阴极前段部分3，从而使阴极主体 14带动阴极头9旋转。驱动源1可以是等离子体发生器专用的驱动电 机，也可以是与使用等离子体发生器的设备中的其他装置共用的驱动 电机，或者是连接到所述设备中的其他位置的驱动机构的中间传动机 构。如本领域普通技术人员所知，传动装置可以采用多种形式。在图 示的优选实施方案中，采用与驱动源l相连接的传动齿轮2以及与前 段部分3形成驱动关系(例如通过键8)的从动齿轮15。为保证阳极 和阴极之间的绝缘，从动齿轮15应采用绝缘材料，或者镀覆有绝缘 材料。这样，当驱动源1带动传动齿轮2和从动齿轮15转动时，通过 齿轮的啮合和从动齿轮15与前段部分3之间的配合，将转动传递到 前段部分3，从而使阴极和阳极相对旋转。同时，阴极头9通过前段部分3联接于电源负极，阳极联接于电 源正极，阴极头和阳极在接触点10接触，电源输送出稳恒电流。当 阴极头9緩緩离开阳极后，随着电压的建立，两极之间立即形成等离 子火炬，具体地讲是阴极头9发射的电子将空气击穿形成等离子火炬。 在驱动源1不动作时，阴极头的烧蚀凹坑的位置如图2A所示，凹坑 中心是和阴极头9偏心的。驱动源l工作时，阴极头9绕阳极中心轴 线12公转，阴极头9的烧蚀凹坑的位置就会有如图2B所示的运动轨 迹，长时间工作后就会形成如图2C和2D所示的较大面积的烧蚀凹 坑，从而有效地提高了阴极头寿命。可以注意到，由于阴极需要转动，所以存在转动的阴极的电源连 接的问题。本领域的普通技术人员知道有很多种现有技术实现运动部件之间的电连接。在本技术中，设计人提出来一种优选的实施方式。如图3所示，根据该优选实施方式，电源接头部分包括电源接头 4、导电弹垫5、固定装置6和密封團7。电源接头可旋转地同轴配合 在阴极前段内，可与阴极前段相对转动，但被固定装置6相对于阴极 前段部分在纵向上被固定，以便与阴极一起在纵向上前后移动。密封 圏7用来实现电源接头4和阴极前段3之间的密封。这样，连接到电 源的不转动的电源接头4通过其表面与阴极前段3内表面的接触而实 现向阴极供电。由于电源接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体发生器，包括阴极和阳极，二者布置为适合产生电弧放电；　　　　其特征在于所述阴极的中心轴线偏离阳极的中心轴线，并且该等离子体发生器还包括：　　　　驱动装置，用于使所述阴极和阳极相对旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏，纪书信，李本伟，陈学渊，林淑胜，
申请(专利权)人：烟台龙源电力技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]