一种用于多极式等离子发生器的绝缘结构的制作方法

本发明涉及等离子发生器技术领域，具体而言，涉及一种用于多极式等离子发生器的绝缘结构。

背景技术：

现有非转移弧等离子发生器，基本是以惰性气体为工作介质(载体)，其材料昂贵、成本高；结构寿命短；难维护。人们开始转向以空气为介质的等离子发生器的开发研究。现使用的热等离子体发生装置中，是阴极和阳极间的电弧放电作用使流入工作气体发生电离，输出的等离子体呈喷射状，用作等离子体射流或等离子体喷焰等。传统采用的是直流放电法，将直流电源的正极与热等离子体发生器阳极连接，负极与阴极连接，当所加电压达到一定值后，电极间的工作气体被电离形成等离子体，高速喷射出发生器口，形成等离子体喷焰。此时喷焰具有很高的热焓，其焰芯温度可达10000℃～20000℃，外焰部份也可达到3000℃。

但是传统的等离子发生器的阴极和阳极距离很近，弧压低，一方面使得等离子体炬工作过程中内部存在流体力、电磁力等复杂环境，导致电弧等离子体出现极度不稳定、不均匀的情况，严重影响等离子体炬的使用效果；另一方面导致同样功率时工作电流大，损耗大。

申请号为cn201220113676.8的中国专利公开了200kw非转移弧等离子发生器，沿喷射方向顺次设阴极和绝缘筒、间隙、小阳极和可调绝缘座、主气环、二阳极、外部密封、调节螺母和大阳极。阴极为实心紫铜、外圈为不锈钢筒，两者间为冷却水道。各阳极为有中心孔和冷却水道的紫铜。外设螺纹压环、异形法兰轴向可调连接。惰性气体作辅气通入小阳极顶部；主气、保护气分别旋入二阳极、大阳极顶部。直流电源负极接阴极；正极接三个阳极，且各阳极装有转移电弧开关。

然而，该等离子发生器内部每一个电极均设置有水路和气路，一方面使得等离子发生器不便于安装，另一方面无法满足大阳极与二阳极之间的水路与气路的畅通以及二阳极与阴极之间的水路与气路的畅通，使得整个等离子发生器内部的水路无法连通，气路也无法连通。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于多极式等离子发生器的绝缘结构，其可满足大阳极与小阳极之间的水路与气路的畅通以及小阳极与阴极之间的水路与气路的畅通，使得整个等离子发生器内部的水路连通，气路连通，同时水路和气路完全分离，互不影响。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种用于多极式等离子发生器的绝缘结构，包绝缘气环，所述绝缘气环设置于大阳极与小阳极之间和/或小阳极与小阳极之间；所述绝缘气环横截面为一环状面，所述绝缘气环的环状面上设置有多个供水流和气流分别独立流通的通水孔和导气通孔，所述通水孔与所述导气通孔不连通；所述绝缘气环的外圆周面上还开设有喷气环槽，所述导气通孔由所述喷气环槽导通至所述绝缘气环的内壁面。

进一步地，所述通水孔沿绝缘气环的环状面轴向分布，并由所述绝缘气环的一端面导通至另一端面，所述导气通孔沿绝缘气环的环状面切向均匀分布。

进一步地，所述通水孔和所述导气通孔均设置有多件，多件所述通水孔沿所述绝缘气环的圆周方向均匀分布；多件所述导气通孔沿所述绝缘气环的圆周方向均匀分布。

进一步地，所述通水孔与导气通孔之间间隔分布。

进一步地，所述导气通孔沿所述绝缘气环环状面切向倾斜设置。

进一步地，所述通水孔呈腰型孔。

进一步地，所述绝缘气环包括一体设置的第一连接段、导气段和第二连接段，所述第一连接段套设于所述小阳极外壁面，所述第二连接段套设于所述大阳极外壁面，所述导气段的内壁面与阳极空心管道连通；所述导气通孔位于所述绝缘气环内壁面的一端位于所述导气段。

进一步地，所述第一连接段内壁面与所述小阳极外壁面之间设置有密封圈；所述第二连接段内壁面与所述大阳极外壁面之间设置有密封圈。

进一步地，所述绝缘气环采用高分子绝缘材料制作。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1.本发明等离子发生器的水冷系统由以前的多路进出水变为一路进水一路出水，方便安装与应用。

2.本发明等离子发生器的进气系统内分别设置一路工作主气，一路保护气，并通过绝缘层进行分离，两路气体互不影响，确保发生器的正常工作。

3.本发明等离子发生器的水冷系统与进气系统，通过小阳极及绝缘气环的作用下，使得水冷系统与进气系统的水路和气路完全分离，互不影响。

4.本发明等离子发生器的所有电极连线和进气进水接头均在发生器尾部，安装简洁，使用方便；且在等离子发生器插入炉膛后，可与炉体更方便的安装配合，既起到密封作用又连接方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的一体化多极式等离子发生器的结构示意图；

图2为本发明图1中a处的局部放大示意图图；

图3为本发明图1中b处的局部放大示意图图；

图4为本发明提供的绝缘气环的结构示意图；

图5为本发明图4中a-a向的剖视图；

图6为本发明提供的小阳极的结构示意图；

图7为本发明图6中a向的结构示意图；

图8为本发明图6中a-a向的剖视图；

图9为本发明图6中b-b向的剖视图；

图10为本发明一体化多极式等离子发生器的外壳的结构示意图。

图标：1-外壳，11-安装法兰，2-大阳极，21-前段阳极，211-前段外螺旋水槽，22-后段阳极，221-后段外螺旋水槽，23-阳极空心管道，24-等离子体喷口，25-大阳极电极，26-阳极绝缘层，3-绝缘气环，31-通水孔，32-导气通孔，33-喷气环槽，34-第一连接段，35-导气段，36-第二连接段，4-小阳极，41-小阳极电极，42-小阳导电环，43-阴极槽，44-大阳极槽，45-等离子过孔，46-阴极连接段，47-阳极连接段，48-过水孔，49-侧壁气道，410-导水槽，411-隔水板，5-阴极，51-阴极电极，52-阴极绝缘层，6-保护气路，61-保护气进气口，62-保护气进气管，7-主气路，71-主气进气口，72-主气进气管，8-水冷系统，81-进水口，82-出水口，83-进水水管，84-冷却水槽，85-出水管道，9-外套管，91-调节螺母，92-固定螺母。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

本实施例提供一种一体化多极式等离子发生器，包括阴极5、阳极、水冷系统8和进气系统；所述阳极包括依次连通的大阳极2和若干小阳极4，所述小阳极4设置于阴极5与大阳极2之间；大阳极2与小阳极4之间和/或小阳极4与小阳极4之间均设置有绝缘气环3；

所述水冷系统8包括位于发生器同一端的进水口81和出水口82，以及由所述进水口81一端延伸至发生器另一端并返回至所述出水口82一端的冷却液道；所述进气系统包括主气路7和保护气路6；

所述小阳极4设置有互不连通的第一水路和第一气路，所述绝缘气环3设置有互不连通的第二水路和第二气路；以使所述主气路7、所述保护气路6和所述水冷系统8各自独立工作，互不干扰。

本发明将进水口81和出水口82以及近期口与出气口等均安装于发生器后部，整个装置简洁，使用方便，对等离子发生阶段不造成任何影响；且本发明首先通过进水口81进水并通过冷却液道流通至发生器底部对大阳极2先进行冷却，然后回流，再依次对小阳极4和阴极5进行冷却，并由出水口82流出，由此冷却水路自然连通且能良好地保证对发生器的不同温度区域进行先后冷却，保证发生器的稳定使用。

在本实施例中，所述小阳极4设置有1件，所述绝缘气环3设于小阳极4和大阳极2之间；通过设置小阳极4，延长了等离子发生器的阴极5和阳极之间的距离，使得电弧等离子体更加稳定、均匀，提升等离子体炬的使用效果。

在本实施例中，所述阳极的轴向中心设置有供电弧移动的阳极空心管道23，所述阴极5的轴向中心设置有供电弧移动的阴极5空心管道；所述进水口81和所述出水口82均设于所述阴极5远离阳极的一端，所述冷却液道包括依次连通的进水管道、外螺旋导水槽410、第二水路、第一水路及出水管道85；所述进水水道设于所述阴极5外壁，所述外螺旋导水槽410开设于所述阳极外壁面；所述出水管道85设于所述阴极5空心管道内且与所述阴极5空心管道同轴。

在本实施例中，所述进水管道包括进水水管83和冷却水槽84，所述进水水管83一端与进水口81连通，另一端与冷却水槽84连通；所述冷却水槽84与所述外螺旋导水槽410连通。

在本实施例中，所述外螺旋导水槽410包括前段外螺旋水槽211和后段外螺旋水槽221；所述大阳极2为分段结构，包括螺纹连接的前段阳极21和后段阳极22，所述前段外螺旋水槽211开设于所述前段阳极21的外壁，所述后段外螺旋水槽221开设于所述后段阳极22的外壁；所述冷却水槽84和后段外螺旋水槽221连通，所述前端阳极21轴向中心开设有供等离子体喷出的等离子体喷口24。

在本实施例中，所述主气路7包括：依次连接的主气进气口71、主气进气管72、第二气路及阳极空心管道23；所述主气进气口71设于所述阴极5远离所述阳极的一端；所述主气进气管72设于所述阴极5外壁，所述第二气路用以连通所述主气进气管72和所述阳极空心管。

在本实施例中，所述保护气路6包括：依次连接的保护气进气口61、保护气进气管62、第一气路及阳极空心管道23；所述保护气进气管62设于所述阴极5外壁；所述第一气路用以连通所述保护气进气管62与所述阳极空心管道23。

在本实施例中，所述绝缘气环3横截面为一环状面，所述第二水路包括通水孔31，所述第二气路包括导气通孔32和喷气环槽33；所述通水孔31沿绝缘气环3的环状面轴向均匀分布，并由所述绝缘气环3的一端面导通至另一端面；所述喷气环槽33开设于所述绝缘气环3的外圆周面，所述导气通孔32由所述喷气环槽33导通至所述绝缘气环3的内壁面；所述喷气环槽33与所述主气路7气管导通，所述导气通孔32远离所述喷气环槽33一端与所述阳极空心管道23导通；所述通水孔31与所述导气通孔32不连通。

绝缘气环3是一体化等离子发生器工作时稳定供气的必要器件，是保证等离子体炬焰顺利喷射工作的重要保障，还起到连接小阳极4和大阳极2的作用，绝缘气环3和大阳极2连接为面连接，连接面设有密封圈，从而隔离水和气，同样和小阳极4的连接也为面连接，连接处设有密封圈，起到隔离水和气的作用；通过其设置的通水孔31，保证水流的流通，使得经外螺旋导水槽410的水流经通水孔31继续流通，从而对大阳极2及小阳极4再次冷却降温；通过其设置的导气通孔32和喷气环槽33，保证气流的流通，使得主气路7气管进来的气体可以流通至喷气环槽33，再由喷气环槽33导通至多个导气通孔32，从而使得气流可均匀的流通至阳极空心管道23内，保证等离子发生器的工作；由于轴向设置的通水孔31与径向设置的导气通孔32直径互连通，因此可以同时流过水流和气流，并且水流和气流分离，独立工作，互不渗漏。

在本实施例中，所述通水孔31和所述导气通孔32均设置有多件，多件所述通水孔31沿所述绝缘气环3的圆周方向均匀分布；多件所述导气通孔32沿所述绝缘气环3的圆周方向均匀分布。

在本实施例中，所述通水孔31与导气通孔32之间间隔分布。

在本实施例中，所述通水孔31为腰型孔，轴向均匀分布的腰型通水孔31，程多孔型分布，这种分布法水流均匀，通过性好，同时带走的热量较多。

在本实施例中，所述导气通孔32沿所述绝缘气环3的环状面切向倾斜设置，在轴向通水孔31的间隙间开有沿径向分布的导气通孔32，且导气通孔32沿切向分布，使得进气沿绝缘气环3内孔壁旋转，其旋转一直延伸到大阳极2的阳极空心管道23内，保证等离子体呈旋转状喷出。

在本实施例中，所述绝缘气环3包括一体设置的4所述第一连接段34套设于所述小阳极4外壁面，具体地，可采用螺纹连接，所述第二连接段36套设于所述大阳极2外壁面，具体地，可采用螺纹连接，所述导气段35的内壁面与所述阳极空心管道23连通；所述导气通孔32位于所述绝缘气环3内壁面的一端位于所述导气段35。

在本实施例中，所述第一连接段34内壁面与所述小阳极4外壁面之间设置有密封圈、所述第二连接段36内壁面与所述大阳极2外壁面之间设置有密封圈；通过设置密封圈，从而起到隔离水和气的作用。

在本实施例中，绝缘气环3的材质为高分子绝缘材料，从而可以起到耐高温，高绝缘的作用。

在本实施例中，所述小阳极4靠近阴极5的一端开设有供阴极5端插入的阴极槽43，所述小阳极4靠近大阳极2的一侧开设有供大阳极2端插入的大阳极槽44，所述阴极槽43与大阳极槽44之间通过一等离子过孔45连接。

在本实施例中，所述小阳极4包括阳极连接段47和阴极5连接段46，阳极连接段47和阴极5连接段46均设置有外螺纹，阳极连接段47与绝缘气环3的第一连接段34螺纹连接，从而更好地起到气水分离的作用；阴极5连接段46与阴极5端螺纹连接，既导电又分隔水流；且阳极连接段47和阴极5连接段46外壁面均设置有密封圈，从而更好地隔离水和气。

在本实施例中，所述第一水路包括过水孔48，所述第一气路包括侧壁气道49；所述过水孔48由所述小阳极4的一端面导通至另一端面，且所述过水孔48和所述通水孔31连通。

在本实施例中，所述小阳极4的外壁环向设置有导水槽410，所述导水槽410由小阳极4的外壁面向内壁面方向开设，且所述导水槽410的一侧与所述过水孔48导通，所述导水槽410的另一侧与通水孔31连通。

在本实施例中，所述导水槽410底壁靠近所述等离子过孔45，从而提高对高温等离子体的降温效果。

在本实施例中，所述导水槽410内部设置有所述隔水板411沿导水槽410轴向设置，且所述隔水板411的底部与导水槽410底部之间留有供水流流通的间隙，所述隔水板411顶部延伸出所述导水槽410并与外壳1或阴极5侧壁密封连接，所述隔水板411将所述导水槽410分隔成独立的两部分，所述隔水板411一侧的导水槽410和过水孔48导通，所述隔水板411另一侧和通水孔31导通。

在本实施例中，所述过水孔48沿所述小阳极4的侧面圆周方向均匀设置有多个；通过设置较多的过水孔48，从而增大水流量，过水孔48均匀分布有利于均匀散热。

在本实施例中，所述隔水板411底部与所述导水槽410底壁的距离占所述导水槽410高度的1/15-1/10，从而使得由通水孔31进入导水槽410的冷却液水流可完全将从高到低再由低到高的在导水槽410内流通，增大了冷却液水流在导水槽410内的流通时间及流通路径，更高效的保持对小阳极4的等离子过空处的降温效果。

在本实施例中，所述侧壁气道49是在所述阴极5插入所述阴极槽43后，所述阴极槽43的内侧壁与阴极5端之间而形成的供气体通过的气道；从而使得保护气由此进行流通，并经侧壁气道49流至等离子过空进而进入到阳极空心管道23内。

在本实施例中，所述小阳极4的材质采用紫铜，具有较高的导热性和优良的导电率，使用过程中发热较小，电热转换效率高。

小阳极4在一体化发生器中起到承上启下的作用，是用于连接阴极5和大阳极2的重要器件，中间的等离子过孔45是高温等离子体通道，因此该器件的冷却极为重要，再加上一体化设计的发生器，水流通路既要经过大阳极2，又要经过阴极5，因此小阳极4的水路设计较为复杂，同时又要保证小阳极4自身的散热问题，本发明在小阳极4上沿圆周均分，径向方向打孔，开设有过水孔48，让水流由绝缘气环3上的通水孔31流至过水孔48，需要说明的是，过水孔48与通水孔31的数量及位置方向一致，从而使得水流畅通无阻；为了提高水流对小阳极4的冷却效果及对等离子体通道及等离子过孔45的冷却效果，本发明在小阳极4上还设置有导水槽410，且导水槽410内设置有隔水板411，使得由通水孔31流过的水流在导水槽410内形成u型通道，延长水流的流通路径，保证水流的降温效果，加速带走等离子过孔45处高温等离子体的热量，从而提高了对等离子发生器的冷却效果。

在本实施例中，所述出水管道85沿所述阴极5轴向中心开设，所述出水管道85侧壁通过连接管与过水孔48连通，所述出水管延伸出阴极5的一端形成出水口82，水流经过水孔48流至连接管再进入到出水管道85内，再由出水口82流出，由此形成一个一路进水一路出水的水冷系统8，对等离子发生器的大阳极2、小阳极4及阴极5进行冷却降温，方便安装与应用。

所述水冷系统8包括依次连接的进水水管83、冷却水槽84、前段外螺旋水槽211、后段外螺旋水槽221、通水孔31、导水槽410、过水孔48及出水管道85；水流由进水口81流入进水水管83和冷却水槽84，并由冷却水槽84将冷却水导通至前段外螺旋水槽211和后段外螺旋水槽221，从而对最高温的大阳极2进行冷却降温；水流继续流通，由后段外螺旋水槽221流通至绝缘气环3的通水孔31内，再由通水孔31将水流送至小阳极4的导水槽410内，对小阳极4进行冷却降温，冷却水继续流通至小阳极4的过水孔48，并由过水孔48将水流送至出水管道85，对较低温的阴极5进行冷却降温，从而形成一个一路进水一路出水的水冷系统8，实现依次对等离子发生器的大阳极2、小阳极4及阴极5进行冷却降温的效果，方便安装与应用。

所述主气路7包括：依次连接的主气进气管72、喷气环槽33、导气通孔32及阳极空心管道23；工作气体由主气进气口71进入到主气进气管72，并由主气进气管72将气体送至绝缘气环3的喷气环槽33中，从而使得气体由喷气环槽33均匀地分布于导气通孔32中，然后由导气通孔32排出至阳极空心管道23中，从而进行工作产生等离子焰。

所述保护气路6包括：依次连接的保护气进气管62、侧壁气道49、等离子过孔45及阳极空心管道23；保护气由保护气进气口61进入到保护气进气管62，然后进入到侧壁气道49、等离子过孔45，再进入阳极空心管道23与保护气汇合，从而起到保护作用，保证工作的稳定性。

本发明气路为两路：一路为主气，一路为保护气，通过绝缘层的分离设计，两路气体之间互不影响，确保发生器的正常工作；同理，水路和气路也互不影响，通过设置小阳极4及绝缘气环3，使得气路和水路完全分离，互不影响

在本实施例中，还包括外壳1，外壳1材料为316不锈钢，防腐，耐用；所述外壳1呈直筒型，所述大阳极2、小阳极4和阴极5沿外壳1底端一端向顶端一端方向依次设置于所述外壳1内；所述外壳1顶端设置有安装法兰11，所述安装法兰11上设置有与进气系统连通的主气进口、保护气进口和与水冷系统8连通的进水口81、出水口82以及与小阳极4连通的小阳极4电极、与大阳极2连通的大阳极电极25以及与阴极5连通的阴极电极51。

本发明中所有电极连线、进气和进水出水接口均在发生器后端，设置简洁，安装方便。

在本实施例中，所述进水管道及冷却水槽84均在所述外壳1侧壁内开设而形成，所述进水管道一端与冷却水槽84导通，所述进水管道另一端与进水口81导通；

在本实施例中，所述外壳1内侧壁与阴极5外侧壁之间设置有阴极绝缘层52，所述外壳1内侧壁与阳极外侧壁之间设置有阳极绝缘层26；

所述阴极绝缘层52内还设置有小阳极4导电环，小阳极4导电环一端与发生器后端的小阳极4电极连接，小阳极4导电环另一端延伸至小阳极4的阴极5连接段46并与小阳极4螺纹连接，从而起到导电的作用；

所述主气进气管72是在所述阴极绝缘层52与外壳1内侧壁之间设置，所述主气进气管72一端与喷气环槽33连通，所述主气进气管72另一端与主气进口连通；

所述保护气进气管62是在所述阴极绝缘层52内设置，所述保护气进气管62一端与侧壁气道49连通，所述保护气进气管62另一端与保护气进口连通。

在本实施例中，所述安装法兰11顶端还设置有管状的外套管9，外套管9套设于出水管道85外，外套管9上设置有用于安装时调节固定的调节螺母91和固定螺母92；从而可根据需要进行调节发生器后端的长度，非常适合现场安装；可方便的将发生器插入炉膛后反应腔体内部，后端的安装法兰11直接和炉体的固定法兰螺栓连接，既起到密封作用又连接方便；另外外套管9直径可以根据使用要求进行大小修改，使用更加便捷。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。