一种等离子体炬阴极组件的制作方法

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本实用新型属于危废处理技术领域，更具体的说涉及一种等离子体炬阴极组件，其可在线调节功率且延长寿命。


背景技术：

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现在很多行业，如化工、医药、农药等行业会产生很多危险废物，处理这些危废的常见方法有固化法、填埋法、焚烧法和等离子气化熔融等工艺方法。等离子气化熔融工艺是利用高温将危险废物转化成无害的二次资源再次利用且不产生二次污染，因此可以得到最佳的处理效果。相比较于其他装置，目前在等离子气化熔融工艺使用的等离子体炬可以产生上万度高温，所以等离子体炬在本领域中起着不可替代的作用。
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对等离子体炬的研究，目前已经取得一定进展，例如中国专利申请cn201910242421.8、cn201720508811.1、cn201410574866.3、 cn200710097505.4、cn200710138256.9、cn201820143488.7、cn201510863060.0、cn201610696335.0等公开了涉及阴极枪用阴极头、阴极冷却结构、等离子体焰炬等结构，但是等离子体炬技术在国内刚刚起步，其阴阳极组件寿命短，功率小，功率可调范围小，阴极烧蚀快等问题成了限制等离子气化熔融技术以及等离子体发生器技术发展的瓶颈。同时，阴极部件使用时间短，频繁更换也使得本技术运行成本高，工作效率低。因此对等离子体炬阴极部件的使用寿命提出了更高的要求。
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此外，等离子体炬的阴极部件基本利用分流锥方式、材质镶嵌方式等办法，为了得到延长使用寿命的目的基本上都是通过提高其冷却能力及提高其耐烧烧蚀能力，但是即便是最好的冷却效果也不能满足等离子气化熔融技术在危废处理领域的要求。
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现有的等离子体炬普遍存在的问题是等离子体炬功率太小，并且在线可调范围也不大。因此，基于生产实际需求，等离子气化熔融工艺急需更长使用寿命且功率可调节的等离子体炬。


技术实现要素：

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针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种等离子体炬阴极组件，能够避可在线调节功率且延长寿命。
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为实现上述目的，本实用新型提供了一种等离子体炬阴极组件，其包括电极、冷却头和导向管，电极同轴安装在冷却头内，通过o型密封圈密封；冷却头与导向管通过螺纹安装在一起，并通过o型密封圈进行密封。
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进一步地，等离子体炬阴极组件进一步包括均流环和分流管，均流环被压紧在冷却头和导向管中间，分流管与均流环焊接在一起。
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其中，冷却头、导向管、o型密封圈、均流环和分流管构成外层空腔a，外层空腔a的形状为圆环状；冷却头和导向管通过螺纹连接在一起，并在冷却头和导向管之间的结合部通过o型密封圈密封，均流环被分流管7紧密压紧在冷却头的凸台表面，分流管与均流环的
端面紧密贴合。
[0010]
优选地，冷却头、均流环、o型密封圈和电极构成空腔b，电极穿过均流环的内孔，且有一定的空隙；进一步地，电极1穿入冷却头的内孔，两者配合为间隙配合，并通过o型密封圈密封。
[0011]
进一步地，电极、均流环、分流管、伸缩杆和o型密封圈构成空腔c，其中电极和伸缩杆焊接在一起，并穿入分流管的内孔中，且形成一定的空隙。
[0012]
更进一步地，均流环的外侧有多个空腔d。空腔a与空腔b通过均流环的多个空腔d连接；空腔a、空腔b、空腔c和空腔d相连成一个u型空腔。电极在工作过程中，电极释放出电子，并伴随着热能的释放，致使电极温度很高。而空腔u内充满了高速流动的冷却水，从而将热量带走，并对电极冷却，从而降低电极的运行温度，以此达到延长寿命的目的。在电极工作过程中，冷却水从外界引入空腔c，依次流经空腔b、空腔d和空腔a，最后在空腔a处引出外界。
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综上所述，本实用新型等离子体炬阴极组件的有益效果。
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1. 实现了烧蚀部分和引弧部分的分离，减少了阴极部件更换的成本。
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2. 实现了耐烧蚀部分的长度的可调整控制，从而大大增加了阴极组件的使用寿命，减少了阴极部件的更换频率，降低了工作量。
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3. 可以相对调节烧蚀部分和引弧部分相对阳极组件的距离，实现功率在线调节，而且调节范围较宽。
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4. 通过调节引弧部分相对阳极组件的距离以及烧蚀部分和引弧部分的分离，满足了同一套等离子体炬可同时具备接触引弧和高频引弧的功能。
附图说明
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图1为本实用新型等离子体炬阴极组件的轴测示意图。
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图2为本实用新型等离子体炬阴极组件的主视图。
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图3为图2中所示阴极组件的a-a剖视图。
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图4为图3中所示阴极组件的b向视图。
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图5为图2中所示阴极组件的冷却头轴测图。
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图6-1和图6-2为阴极组件中的均流环外侧结构。
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附图标记：1、电极，2、冷却头，3、均流环，4、后段o型密封圈，5、导向管，6、伸缩杆，7、分流管，8、前段密封圈，9、螺纹。
具体实施方式
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下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
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下面结合附图1至附图6对本实用新型的等离子体炬阴极组件进行说明，本实用新型的等离子体炬阴极组件包括电极1、冷却头2和导向管5，电极1同轴安装在冷却头2内，通过第一o型密封圈8密封；冷却头2与导向管5通过螺纹9安装在一起，并通过第二o型密封圈4
进行密封。更进一步地，等离子体炬阴极组件包括均流环3和分流管7，均流环3被压紧在冷却头2和导向管5中间，分流管7与均流环3焊接在一起；电极1和伸缩杆6焊接在一起；如图3所示，冷却头2、导向管5、第二o型密封圈4、均流环3和分流管7构成外层空腔a，外层空腔a的形状为圆环状；冷却头2和导向管5通过螺纹9连接在一起，并在冷却头2和导向管5之间的结合部通过o型密封圈密封，均流环3被分流管7紧密压紧在冷却头2的凸台表面，分流管7与均流环3的端面紧密贴合。冷却头2、均流环3、第一o型密封圈8和电极1构成空腔b，电极1穿过均流环3的内孔，且有一定的空隙；进一步地，电极1穿入冷却头2的内孔，两者配合为间隙配合，并通过o型密封圈密封。
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如图3所示，电极1、均流环3、分流管7、伸缩杆6和第一o型密封圈8构成空腔c，其中电极1和伸缩杆6焊接在一起，并穿入分流管7的内孔中，且形成一定的空隙；均流环3的外侧有很多圆柱孔，此圆柱孔即为空腔d，该空腔d优选为通孔。空腔a与空腔b通过均流环的多个空腔d连接；空腔a、空腔b、空腔c和空腔d相连成一个u型空腔。电极在工作过程中，电极释放出电子，并伴随着热能的释放，致使电极温度很高。而空腔u内充满了高速流动的冷却水，从而将热量带走，并对电极冷却，从而降低电极的运行温度，以此达到延长寿命的目的。
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在电极工作过程中，冷却水从外界引入空腔c，依次流经空腔b、空腔d和空腔a，最后在空腔a处引出外界；冷却水在空腔a、空腔b、空腔c和空腔d内依次沿着图3图示箭头方向流动。
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更进一步地，冷却头2、均流环3、第二o型密封圈4、导向管5、分流管7组成阴极组件的引弧部分；电极1、伸缩杆6和第一o型密封圈8组成阴极组件的烧蚀部分；引弧部分通过电机的驱动作用进行工作，电机安装在阳极组件上并固定，通过电木与阴极组件的伸缩杆6的后端连接电机可伸缩的移动轴。电机驱使电机可伸缩的移动轴完成缩回或伸出动作，从而带动伸缩杆6沿中心轴缩回或伸出。优选地，烧蚀部分通过电机的驱动作用既可以沿着阴极组件的中心轴作轴向移动，也可以沿着阴极组件的中心轴作径向旋转；这些运动是相互独立的，均通过plc程序控制。
[0030]
在阴极组件的后端使用导线连接阴极组件的引弧部分和烧蚀部分，进而形成对电的统一体。
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在接触引弧模式下，通过程序将烧蚀部分移动到确定位置，然后再通过程序控制引弧部分的前后移动来实现引弧功能；引弧成功后，烧蚀部分与阳极组件形成放电通道，从而实现电弧的稳定工作。然后通过调整烧蚀部分与阳极的距离变化实现功率的调整。
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高频引弧模式下通过程序调整引弧部分与阳极组件的相对距离，调整确定后则不在移动。然后进行正常的高频引弧，引弧成功后电弧则转移至烧蚀部分并与阳极组件形成放电通道，实现电弧的稳定工作。此模式下也可以通过调整烧蚀部分的以及引弧部分与阳极组件的相对关系进行调整功率。
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图4示出了冷却头2的端面，图5示出冷却头的立体端面，在冷却头2的前端有一个圆形的锥台，在锥台的周向上均匀分布了3个斜面；在冷却头2的中线有一个圆孔，供电极插入；冷却头2的内侧为台阶形式，设置有均流环的安装台阶，和与导向管5连接的内螺纹，以及与导向管5通过第二o型密封圈4密封的内配合面。另外，还有一个与电极1起密封作用的o型密封圈的凹槽。
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图5为冷却头2的外侧形状，后端是圆柱面，前端是一个锥台，锥台周向上均匀分布
3个斜棱面。
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图6-1和图6-2为均流环3的外侧结构，如图6-1所示，均流环3外侧是台阶式的结构；如图6-2所示，均流环中心有一个空腔。此空腔供电极插入使用；在均流环外侧最高的台阶上均匀分布很多的圆孔，此圆孔为空腔d；外侧最小的台阶的端面供分流管5压紧使用。
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与现有的等离子体炬阴极相比较，本实用新型的等离子体炬阴极组件将阴极部件中引弧部分和烧蚀部分由原来的焊接成型连接方式修改为分开，其不仅仅减少了热成型工艺，并且阴极部件对加工要求明显降低原因是由于引弧部分和烧蚀部分分开，可以将引弧部分和烧蚀部分分别进行加工，引弧部分和烧蚀部分的材质有明显的差异，从而可以避免由于材质问题而导致的热成型工艺的使用，也避免了由于热成型工艺带来的应力问题和变形问题；单独加工烧蚀部件和单独加工引弧部件均为同一种材质，加工非常方便，且加工精度也可以降低；同时不用考虑由于两种部件和两种材质焊接热成型加工在一起后引起的不同轴问题。仅用冷加工工艺即可完成；在使用该过程中，本实用新型的等离子体炬阴极组件明显减少更换次数，且避免了更换下来的部件不能再次利用而形成的浪费，进一步地阴极部件中的引弧部分结合电机的驱动功能，可使其相对于阳极部分移动。
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本实用新型的等离子体炬阴极结构可实现同时具有接触引弧和高频引弧的功能由于引弧部分和烧蚀部分分开，从而可以做到引弧部分可以固定在阳极组件中的某一个具体位置上，而此位置是易于高频引弧的位置；而接触引弧也可以通过引弧部分的伸出和缩回动作和阳极组件接触和分离，从而实现接触引弧，引弧部分的伸出和缩回动作是通过电机的驱动机构来完成；此结构利用电机驱动功能和程序可实现自动控制自动调整功能。阴极部件中的烧蚀部分结合电机的驱动功能，可使其在等离子体炬的轴向方向前后移动，径向方向旋转。
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另一方面，等离子体炬阴极组件的烧蚀部分的长度在不影响使用性能的前提下可以人为控制，随着使用时间的推移，烧蚀部分减少，则控制程序根据电压变化情况向前推送烧蚀部分控制手段是设定一定的输出电压的范围，通过检测输出电压的变化来调整烧蚀部分和阳极组件的距离，从而控制输出电压在规定范围内，并控制输出能量不变（输出电压升高，则减小烧蚀部分和阳极组件的距离，从而减小输出电压）；阴极部件的使用寿命明显延长，而且在不影响使用性能的情况下可以人为控制使用寿命；在不增加输入能量的前提下，通过调整烧蚀部分相对于的阳极部件的距离调整输出电压保持输出电流一致的前提下，若提高输出能量，则可以增加烧蚀部分和阳极组件的距离，以提高输出电压，从而提高输出能量。从而调整输出功率；通过烧蚀部分相对阳极部件的距离调整，达到功率调节的目的，因此，为等离子炬系统增加了另一种功率调节的方式；同时其功率的可调范围也变宽了。
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烧蚀部分端面在阳极部件端面正负2毫米范围内，烧蚀部分的烧蚀率降低，通过此结构控制其在此范围内，可以延长阴极部件的使用寿命。
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以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。