层流等离子体发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种层流等离子体发生器，属于热等离子体发生装置领域。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展，各行业对热源的要求越来越高，传统湍流热等离子体热源因其自身的缺点(射流短、噪声低、能量转换效率低、对空气的卷吸大、温度梯度大、可重复精度低等)已经很难满足诸多应用场合的要求。因此，为满足应用要求，急需一种具有射流稳定、高温区长、噪声低、能量密度高、对环境气体的卷吸少、轴向梯度小等优点的新型热源。层流等离子体作为具有该优势的少数热源，自其出现就得到了国内外科研工作者的极大关注。中科院力学研宄所潘文霞等人就对层流等离子体做了大量研宄工作，并提供了一种层流等离子体发生器结构。然而，层流等离子体虽然能很好满足诸多应用场合对热源的要求，但层流等离子体发生器设计困难，尤其是在当前缺少设计理论的情况下，很难设计出长时间稳定运行的层流等离子体发生器。查阅国内外文献及专利，仅有用于实验室的少数几种层流等离子体发生器结构被公开，并未成功应用于工业领域。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，促进层流等离子体的工业化应用，本发明公开了一种层流等离子体发生器，可长时间连续产生性能优异的层流等离子体射流，满足诸多场合对热源的苟1刻要求。
[0004]本发明采用的技术方案如下所述。
[0005]一种层流等离子体发生器，主要由底座、阴极部分、进气环、阳极部分和紧固螺钉组成，所述的阴极部分由阴极座和阴极头组成，采用3~6个紧固螺钉与底座连接；所述的进气环内圆与阴极座配合，外圆与阳极座配合；所述的阳极部分由阳极座、阳极头和压紧端盖组成，采用3~6个紧固螺钉与底座连接。
[0006]所述的阴极座由阴极接线、阴极连接件和中心水冷管组成，阴极接线一端加工有水冷电缆接头，与电源阴极连接，且焊接有冷却水出水接头，并通过3~6组螺钉与底座固连，另一端与阴极连接件大圆端焊接为一体；阴极连接件小圆端在靠近大圆端处加工有进气环槽，另一端向内倒M3圆角，圆角面上均布3~10个与阴极连接件外圆面母线平行的小孔，并与进气环槽连通，形成进气通道；中心水冷管一端加工有螺纹与阴极接线连接，另一端加工有U型开口，冷却水通过中心管冷却阴极头，然后通过冷却水出水接头回流水箱。
[0007]所述的阴极头由阴极头座和钨极头组成，阴极头座一端外圆面上加工有螺纹与阴极座连接，且设计有密封圈槽，并配密封圈，另一端与钨极头镶嵌固连，内部加工有供冷却水流通的内圆孔；钨极头采用耐高温材料钨或其合金加工，由一锥面和与之相切的圆弧面构成，是电弧阴极的附着点。
[0008]所述的进气环采用聚四氟乙烯或陶瓷加工，防止阴阳极短路，各配合面采用过渡配合，在大圆端外圆面上加工有进气环槽，与阳极座形成密闭的进气通道，并均布3~10个Φ1~2πιπι的小孔与阴极连接件上的进气环槽连通，以均布工作气体，小圆端内圆面上均布3~6个直径为Imm的半圆进气孔，其轴心线与进气环轴心线呈8~15°角，以给工作气体一个小的旋向分量，促使阳极弧根在阳极头圆周面上的旋转。
[0009]所述的阳极座由阳极内壳、分水环和阳极外壳焊接组成，且在阳极座外圆面上焊接有进气接头、冷却水出水卡套和水冷电缆接头，在阳极内壳大圆端面均布3~6个螺纹孔，通过螺钉与底座固连；分水环大端圆环端面上分布6~12个直径为2_的圆孔，冷却水从圆孔流入阳极头，冷却阳极头后回流水箱，且其小端为一个与阳极头冷却锥面锥角相同的圆锥面，以给冷却水一个沿锥面的速度，更好的冷却阳极头；阳极外壳大圆端面均布3~6个螺纹孔，通过螺钉压紧压紧端盖将阳极头与阳极座固连。
[0010]所述的阳极头由压缩段与稳弧段构成，压缩段压缩角为30~60°，稳弧段内径为2~8_，两段间用圆角平滑过渡，工作时电弧从压缩段逐渐运动到稳弧段，并在稳弧段稳定运行；同时，阳极头的外圆面上加工有锥面冷却水通道和密封槽，并配备相应密封圈，以密封冷却水。
[0011]所述的底座采用聚四氟乙烯材料加工，依靠其自身的密封性能密封工作气体，且其外形可根据需要加工成圆形或方形。
[0012]所述的阴极头端面与阳极头内圆锥面距离小于2mm，以保证顺利引弧。
[0013]本发明所述的层流等离子体发生器具有以下有益效果。
[0014]1.易损件使用时间长，且更换方便。由于阴阳极头作为易损件，其使用寿命往往决定了发生器连续运行的时间长度。在本发生器中，充分考虑阴阳极头的冷却，合理布局冷却通道，使阴阳极头冷却充分，延长了其使用寿命，使阴极头使用寿命可达10h以上，阳极头寿命可达80h以上。同时，考虑到阴阳极头需经常更换，在设计之初就考虑了其更换的方便性:阴极头更换时只需拧掉阳极座与底座的连接螺钉，然后拧掉阴极头，换上新的即可；阳极头的更换则只需拧掉压紧端盖，取下阳极头更换即可，整个更换过程只需要两三分钟，简单方便。
[0015]2.产生的射流性能优异。利用本发生器产生层流等离子体射流，不仅可以长时间稳定运行，而且产生的射流具有长度长(长径比可达100以上)、能量密度集中、轴向温度梯度小、噪声低、可控性好、可重复精度高等突出优点。
[0016]3.设备维修维护简单，成本低。本层流等离子体发生器对运行环境要求低，在一般工业环境中可长时间稳定运行，且无需特别维护，运行成本低。
[0017]4.推动层流等离子体技术的发展。本层流等离子体发生器可长时间稳定运行，使层流等离子体技术的工业化应用成为可能，这将必然推动层流等离子体技术的进一步发展。
【附图说明】
[0018]图1层流等离子体发生器装配图。
[0019]图2层流等离子体发生器实物图及射流图。
[0020]图3层流等离子体发生器阴极部分。
[0021]图4层流等离子体发生器进气环。
[0022]图5层流等离子体发生器阳极部分。
[0023]图6层流等离子体发生器底座。
[0024]其中:I底座，2阴极部分，2-1阴极座，2-la阴极接线，2_lb阴极连接件，2-lc中心水冷管，2-ld冷却水出水接头，2-2阴极头，2-2a阴极头座，2_2b钨极头，3进气环，4阳极部分，4-1阳极座，4_la阳极内壳，4_lb分水环，4_lc阳极外壳，4_ld水冷电缆接头，4-le进气接头，4-lf冷却水出水卡套，4-2阳极头，4_3压紧端盖，5紧固螺钉1,6紧固螺钉2。
具体实施例
[0025]为了更好的解释说明本发明，现结合附图对本发明的具体实现方式进行详细说明。
[0026]本发明公开的层流等离子体发生器由底座(1)、