专利名称：自动调气式直流等离子体发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于热等离子体应用领域，尤其是一种自动调节气体介质流量的直流等离子体发生器。
背景技术：
目前，等离子体加热技术已走出实验室，逐步在各个领域得到广泛的应用。在冶金行业，它可用于高熔点物质及对炉内气氛要求较高的活泼金属及稀贵金属的熔炼、精炼及提纯，用于高炉及钢包烘炉、加热，连铸中间包加热、调温；在电力及玻璃行业，煤粉锅炉、窑炉等采用等离子无油点火；在环保行业，采用等离子焚烧处理低放射性材料和废弃物，工业及医疗危险废弃物等；在传统加工业，可利用等离子体切割、焊接有色金属；等离子喷涂和表面改性等技术更凸现出其优越性；在国防军事领域，用于地面模拟各种航天飞行器再入大气层时产生的高温、高焓、高压、高速的等离子体烧蚀试验设备。然而，在实际工程应用中，等离子体发生器在启弧时容易出现由于气体介质的调节不同步而造成启弧失败，甚至烧坏喷嘴的问题。原因是启弧时，点弧的功率小，再加上串联电抗器的限流作用，要求气量小；如气量过大很容易将电弧吹灭，造成点弧困难。启弧完毕，运行时由于电流迅速上升，要求供气量随之增大，因此在启弧后应迅速加大供气量，使弧根不停留在喷嘴内，保证喷嘴的安全。一般的方法是在气体调节系统加上自动控制装置， 这样又提高了设备的投资成本；如采用人工控制，对于操作人员的素质要求比较高。通过检索，尚未发现利用电磁力自动调节等离子体发生器的气量功能的公开文献。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种自动调气式直流等离子体发生器，本等离子体发生器满足了启动与运行时等离子体发生器不同的供气量需求， 并使电磁力与流经等离子枪的电流和供气量成正比，实现同步变化。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的—种自动调气式直流等离子体发生器，包括阳极组件、阴极组件，阴极组件同轴套装在阳极组件内，其特征在于(1)所述阳极组件由绝缘盖板、电磁线圈、发生器支架、绝缘支架、金属密封圈、阳极和阳极喷嘴构成，阳极前部与阳极喷嘴用螺纹同轴连接，后部与绝缘支架用螺栓同轴连接，绝缘支架内设进气通道及密封槽，在密封槽内镶嵌一金属密封圈；发生器支架一端与绝缘支架用螺栓同轴连接，另一端安装绝缘盖板，内侧固定电磁线圈；(2)所述阴极组件由阴极头、阴极杆、整流环、定位块、压力弹簧、衔铁和调节螺母组成，阴极头呈圆锥形，采用螺纹与阴极杆前端同轴啮合相连；整流环套在阴极杆的前部； 中间装有一个与阴极杆为滑动配合的定位块，定位块通过顶丝与阴极杆固定，在绝缘支架前端与定位块之间装有压力弹簧；阴极杆后部与调节螺母同轴啮合连接；阴极杆与阳极组件的绝缘支架之间通过绝缘支架所制密封槽内的金属密封圈密封，衔铁同轴固定在阴极杆后部外圆上。而且，所述衔铁外部呈圆环形，外径小于电磁线圈内径2 3毫米。而且，所述阴极组件的整流环均勻开孔12 16个。本实用新型与现有技术相比优点如下1、本实用新型针对直流等离子体发生器在启动和运行时所需气体介质流量的不同，自动调节供气量，使启动时气流量小，运行时气流量自动增大，适用于各种直流转移弧等离子体发生器的启弧和运行。2、本实用新型利用电磁线圈产生的轴向电磁力，调节阴、阳极间气体介质通道的大小，满足启动与运行时等离子发生器不同的供气量需求；设置与主电路串联的电磁线圈， 并由直流等离子枪电源供电，使电磁力与流经等离子枪的电流和供气量成正比，实现同步变化。3、本实用新型采用自动调气方式启动点弧代替目前普遍采用的利用自控系统调节供气量和落后的人工操作的方式，解决了等离子喷枪在启动至运行的转换过程中，进气量的变化不能自动跟踪电功率增长的问题，实现了电流和供气量的同步变化，可有效延缓阳极喷嘴的烧蚀，延长使用寿命。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的初始状态示意图；图3为本实用新型的运行状态示意图；其中图2、图3中部件的名称E、直流电源；K、电源开关；V、运动方向；Q1、启弧时小气量；Q2、运行时大气量；P1、启动时电弧；P2、运行时电弧。
具体实施方式
以下结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。如图1所示，一种自动调气式直流等离子体发生器，包括阳极组件、阴极组件。各组件的构成分别是1、阳极组件由绝缘盖板1、电磁线圈2、发生器支架3、绝缘支架4、金属密封圈5、 阳极6和阳极喷嘴7构成。绝缘盖板为法兰状，材料选用玻璃钢或酚醛树脂板；电磁线圈为圆环形，固定于发生器支架内侧，该电磁线圈导体可选用实芯导线，或紫铜管，水冷，串联于直流等离子体发生器主回路中；发生器支架为半开口的圆筒形，由不锈钢制成；绝缘支架内部开有气体通道和密封槽，材料选用玻璃钢或酚醛树脂；金属密封圈由可压缩的金属环制成，镶嵌在绝缘支架的密封槽内；阳极整体为圆筒形，后部为法兰，前部与阳极喷嘴用螺纹同轴连接，中间有夹层通冷却水，法兰与绝缘支架用螺栓同轴连接，材质选用不锈钢；阳极喷嘴中间也有隔套通冷却水，材质选用紫铜。2、阴极组件由阴极头8、整流环9、阴极杆10、定位块11、压力弹簧12、衔铁13和
调节螺母14组成。阴极头呈圆锥形，采用螺纹与阴极杆同轴啮合相连，可拆卸和更换，水
4冷，材质选用铈钨或钍钨合金；阴极杆为管状，材质选用黄铜或紫铜，中间有夹层通冷却水， 后部与调节螺母同轴啮合连接；整流环为圆环形，套在阴极杆的前端，轴向均勻开孔12 16个，流通总截面大于阴、阳极间的环形截面，材质选用熔铸云母或可加工陶瓷；在绝缘支架与定位块之间安装压力弹簧；定位块安装在阴极杆上并与阴极杆滑动配合，外围均布三个顶丝，位置调好后用顶丝将其固定在阴极杆上，材质选用不锈钢；衔铁同轴固定在阴极杆外，呈圆环形，其外径小于电磁线圈内径2 3毫米，选用硬磁材料制作；调节螺母为六角形螺母，可前后调节，调好位置后锁紧，材质选用黄铜。本实施例中所描述的水冷，是现有技术，在附图中没有示出。本发明的工作原理为利用串联在直流电路中的电磁线圈产生的电磁力，吸引固定在阴极杆上的衔铁， 使其带动阴极杆压缩弹簧，在电磁力的作用下产生与阳极喷嘴相反的轴向位移，拉开阴极与阳极间的距离，加大气体介质的流量，达到由小流量到大流量的自动调节，完成电弧从启动稳定过渡到运行的作用。当给定的气体压力不变时，气体的流量取决于通过气体的截面积，因此，只要改变阴、阳极间的距离，便可达到调节气流量的目的。在轴向，电磁线圈中心距衔铁的中心有一段距离，这段距离便是阴极随衔铁在电磁力作用下移动的最大距离，也是阴、阳两极间拉开的距离。启动前，两中心是错开的；启弧后，电磁线圈电流增大，衔铁在电磁力的作用下带动阴极向电磁线圈中心方向移动，调大了气流量。电流越大，电磁力越大，移动的距离也就越大，直至重合(参见图2、图3)。进气量与电流成正比，有利于等离子电弧的建立。本发明未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。
权利要求1.一种自动调气式直流等离子体发生器，包括阳极组件、阴极组件，阴极组件同轴套装在阳极组件内，其特征在于(1)所述阳极组件由绝缘盖板、电磁线圈、发生器支架、绝缘支架、金属密封圈、阳极和阳极喷嘴构成，阳极前部与阳极喷嘴用螺纹同轴连接，后部与绝缘支架用螺栓同轴连接，绝缘支架内设进气通道及密封槽，在密封槽内镶嵌一金属密封圈；发生器支架一端与绝缘支架用螺栓同轴连接，另一端安装绝缘盖板，内侧固定电磁线圈；(2)所述阴极组件由阴极头、阴极杆、整流环、定位块、压力弹簧、衔铁和调节螺母组成， 阴极头呈圆锥形，采用螺纹与阴极杆前端同轴啮合相连；整流环套在阴极杆的前部；中间装有一个与阴极杆为滑动配合的定位块，定位块通过顶丝与阴极杆固定，在绝缘支架前端与定位块之间装有压力弹簧；阴极杆后部与调节螺母同轴啮合连接；阴极杆与阳极组件的绝缘支架之间通过绝缘支架所制密封槽内的金属密封圈密封，衔铁同轴固定在阴极杆后部外圆上。
2.根据权利要求1所述的自动调气式直流等离子体发生器，其特征在于所述衔铁外部呈圆环形，外径小于电磁线圈内径2 3毫米。
3.根据权利要求1所述的自动调气式直流等离子体发生器，其特征在于所述阴极组件的整流环均勻开孔12 16个。
专利摘要本实用新型涉及一种自动调气式直流等离子体发生器，包括阳极组件、阴极组件，阴极组件同轴套装在阳极组件内，所述阳极组件由绝缘盖板、电磁线圈、发生器支架、绝缘支架、金属密封圈、阳极和阳极喷嘴构成，所述阴极组件由阴极头、阴极杆、整流环、定位块、压力弹簧、衔铁和调节螺母组成。本实用新型采用自动调气方式，代替目前普遍采用的利用自控系统控制供气量和人工操作的方式，解决了等离子体发生器在启动至运行的转换过程中进气量的变化不能自动跟踪电流增长的问题，实现了电流和供气量的同步变化，避免由于气体介质流量与电流变化不同步而造成启弧失败、甚至烧坏喷嘴，延长了电极使用寿命。
文档编号H05H1/32GK201957326SQ201020636290
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者吴绍强, 张冬, 张杰立, 赵锋, 郭东明, 郭文博, 郭秉楠 申请人:航天环境工程有限公司