一种高压环形电极的制作方法

本发明涉及一种航空航天气动热防护系统领域，特别是一种高压环形电极。

背景技术：

电弧加热器是国内外航天飞行器热防护地面模拟试验研究的核心设备，是解决导弹、返回式卫星、载人飞船返回舱等高超声速飞行器热防护地面考核的重要手段。当前国内型号研制对电弧加热器性能的需求不断提高，高弧室压力条件下长时间运行的电弧加热器成为国内型号研制所急需。目前，管式电弧加热器主要承担高弧室压力压长时间运行的实验任务，但是这种结构的电弧加热器在高弧室压力压长时间运行过程中电极烧蚀严重，并发生鼓包变形等情况，无法满足当前国内型号任务的要求，因此急需要对现有的电极进行改进，来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高压环形电极，提高了高压环形电极的冷却效果，将电极内套承受的压力传导到电极外套上，提高了电极内套的承压强度；增强了电弧弧根的磁旋效果，实现了高压环形电极在高温高压条件下得到很好的冷却并不发生塑性变形。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种高压环形电极，包括电极内套、电极外套、导流块和磁场线圈；其中电极外套为圆环结构；电极内套固定安装在电极外套的内壁上；导流块固定安装在电极内套的内部；沿导流块的外壁缠绕有磁场线圈。

在上述的一种高压环形电极，所述的电极内套为圆环结构，截面为U形环状，U形的开口处固定安装在电极外套的内壁上；电极内套的内壁面设置有多条横筋。

在上述的一种高压环形电极，所述电极内套壁厚为2～3mm；电极内套横筋的高度是宽度的1-5倍。

在上述的一种高压环形电极，所述的导流块为圆环结构，截面为U形环状结构，U形的开口处固定安装在电极外套的内壁上，且U形环状结构的外壁与电极内套内壁面的横筋固定连接，形成内腔。

在上述的一种高压环形电极，所述的电极外套外壁沿径向方向设置有第一进水孔和第一出水口；导流块外壁与电极内套内壁形成的内腔分别与第一进水孔和第一出水口连接，实现外部冷却水沿导流块与电极内套之间的筋槽内流动。

在上述的一种高压环形电极，所述磁场线圈为漆包铜线缠绕在导流块外壁制成，漆包铜线的两端分别在电极外套的第一进水口和第一出水孔上，且一端与电极外套绝缘，一端与电极外套导通，实现磁场线圈与电极外套形成串联电路；磁场线圈的匝数大于10匝。

在上述的一种高压环形电极，所述的电极外套外壁沿径向方向设置有第二进水孔，电极外套的外壁固定安装有第二出水口；导流块内壁与电极外套内壁形成的内腔分别与第二进水孔和第二出水口固定连接；实现外部冷却水沿导流块内壁与电极外套内壁形成的内腔进行周向流动。

在上述的一种高压环形电极，电极外套沿轴向位置设置有密封槽；所述电极内套与电极外套的接触面采用电子束焊密封。

在上述的一种高压环形电极，所述电极外套沿轴向设置有进气口。

在上述的一种高压环形电极，多个环形电极可沿轴向并联连接使用。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明通过减小电极内套壁厚、合理增加电极内套筋槽、通过导流块将电极内套和磁场线圈单独冷却等办法提高了高压环形电极的冷却效果；

(2)本发明通过将电极内套与导流块紧密焊接在一起的方法将电极内套承受的压力传导到电极外套上，提高了电极内套的承压强度；

(3)本发明通过将多匝磁场线圈内置在高压环形电极内部增强了电弧弧根的磁旋效果，实现高压环形电极在高温高压条件下得到很好的冷却并不发生塑性变形；

(4)本发明中高压环形电极轴向尺寸较小，可以将多个环形电极沿轴向并联连接，用于大功率、大电流的电弧加热器使用。

附图说明

图1为本发明高压环形电极结构示意图；

图2为本发明高压环形电极内套结构示意图；

图3为本发明高压环形电极沿径向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明的目的在于提供一种高压环形电极，用于实现电弧加热器在高弧室压力条件下长时间运行。

如图1所示为高压环形电极结构示意图，由图可知，一种高压环形电极，包括电极内套1、电极外套2、导流块3和磁场线圈4；其中电极外套2为圆环结构；电极内套1固定安装在电极外套2的内壁上；导流块3固定安装在电极内套1的内部；沿导流块3的外壁缠绕有磁场线圈4。

所述的电极内套1为圆环结构，截面为U形环状，U形的开口处固定安装在电极外套2的内壁上；电极内套1的内壁面设置有多条横筋；电极内套1壁厚为2～3mm；电极内套1横筋的高度是宽度的1-5倍；所述电极内套1的壁厚可以减小，且其筋高宽比在一定范围，这样既可以增强冷却效果又可以提高电极内套的强度。

其中，导流块3为圆环结构，截面为U形环状结构，U形的开口处固定安装在电极外套2的内壁上，且U形环状结构的外壁与电极内套1内壁面的横筋固定连接，形成内腔。导流块加工完成后需切成两半才可以装配到电极内套内，装配完成后需将导流块重新焊接成一体，应保证导流块的强度。

电极外套2外壁沿径向方向设置有第一进水孔5和第一出水口6；导流块3 外壁与电极内套1内壁形成的内腔分别与第一进水孔5和第一出水口6连接，实现外部冷却水沿导流块3与电极内套1之间的筋槽内流动，所述电极内套1与导流块3紧密焊接在一起，冷却水被强迫在它们之间的筋槽内流动，加强了对电极内套的冷却，并且压力可以从电极内套传递到导流块上，防止电极内套在高温高压条件下发生塑性变形。

所述磁场线圈4为漆包铜线缠绕在导流块3外壁制成，漆包铜线的两端分别在电极外套的第一进水口5和第一出水孔6上，且一端与电极外套2绝缘，一端与电极外套2导通，实现磁场线圈4与电极外套2形成串联电路；磁场线圈4的匝数大于10匝，所述的磁场线圈4缠绕的匝数尽量多且紧，保证缠绕过程中绝缘漆不发生脱落，并确保在冷却水的冲击下不发生震动而影响磁场的稳定，多匝数磁场线圈4可以在电极内套附近形成高强度磁场，使电弧弧根在电极内套上旋转速度更快，减小电极内套的烧蚀。

电极外套2外壁沿径向方向设置有第二进水孔7，电极外套2的外壁固定安装有第二出水口8；导流块3内壁与电极外套2内壁形成的内腔分别与第二进水孔7和第二出水口8固定连接；实现外部冷却水沿导流块3内壁与电极外套2内壁形成的内腔进行周向流动。

电极外套2沿轴向位置设置有密封槽9；所述电极内套1与电极外套2的接触面采用电子束焊密封，保证高水压条件下密封面不漏水。

在电极外套2沿轴向设置有进气口10。

高压环形电极轴向尺寸较小，可以将多个环形电极沿轴向并联连接，用于大功率、大电流的电弧加热器使用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。