一种层流等离子发生器阴极保护罩的制作方法

本实用新型涉及层流等离子发生器技术领域，更具体地说涉及一种层流等离子发生器阴极保护罩结构。

背景技术：

等离子态是物质的第四态，宇宙中几乎99﹪的物质（不包括尚未确认的暗物质）都处于等离子态。等离子体射流与一般流体在流动特征上有相似性，具有两种流动状态：层流与湍流。对某一指定流体，当其流速小于一特定值时，流体作有规则的层状或流束状运动，流体质点没有横向运动，质点间互不干扰地前进，这种流动形式叫层流；当流体流速大于该值时，流体有规则的运动遭到破坏，质点除了主要的纵向运动外还有附加的横向运动，流体质点交错混乱地前进，这种流动形式叫湍流。

等离子体其温度分布范围则从10K的低温到核聚变等离子体的10亿K超高温并拥有一系列独特性质，使等离子体在纳米材料生产、新材料合成、热加工制造、冶炼、钻探、煤化工、垃圾废物处理、材料表面处理、电子、新能源、军事、航空航天等领域获得广泛应用。

在等离子体高温热源方面，目前应用十分广泛的电弧等离子体射流绝大部分采用湍流形态工作，这是由现有湍流电弧等离子体射流发生器技术和工作原理决定的。电弧等离子发生器分为层流和湍流两种，其关键技术是发生器结构设计。

近几十年来，等离子体发生器的研制及等离子诊断技术的开发均取得了巨大的进展，并且等离子体研制与开发的重点已不再局限与航天航空方面的应用，而是更多地转向机械、化工、冶金、环保等工业部门的应用，特别是在材料加工与新材料研制方面的应用。对于工业生产性的应用，要求等离子体发生器有较长的寿命和较高的效率。然而在实际工程应用中，等离子体流呈现复杂的流动状况，特别是大尺寸、大流量、大功率的工业等离子体装置中则通常为湍流流动。

因此，在工业应用中，希望等离子体射流稳定地维持在层流状态，这就需要把握等离子体在发生器中形成的各个环节，控制所有影响电弧稳定性的扰动因素，克服等离子体射流的湍动性，才能产生出高温区域长、能量衰减慢而分布均匀、噪音小、有利于电弧能量的有效利用和便于工艺控制的等离子体射流。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型提供了一种层流等离子发生器阴极保护罩，本实用新型的发明目的旨在于解决现有技术中等离子体流不稳定，呈现湍流的现象，本实用新型的层流等离子发生器阴极保护罩，可以克服等离子体射流的湍动性，能够产生出高温区域长、能量衰减慢而分布均匀、噪音小、有利于电弧能量的有效利用和便于工艺控制的等离子体射流。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型是通过下述技术方案实现的：

一种层流等离子发生器阴极保护罩，其特征在于：所述阴极保护罩套在阴极连接柱上，所述阴极保护罩与阴极连接柱之间设置有用于输送工作气体的气流通道；所述阴极保护罩上设置有冷却水通道，所述冷却水通道包括进水通道和出水通道，所述进水通道靠近阴极连接柱设置，所述出水通道远离阴极连接柱设置；所述进水通道与出水通道的端部相互连通，进水通道连接有进水管，出水通道连接有出水管，冷却水从进水管进入到进水通道内，再经出水通道和出水管流出。

所述进水通道和出水通道沿阴极保护罩的径向并列分布。

所述进水通道和出水通道均沿阴极保护罩轴向螺旋分布。

所述气流通道设置在阴极保护罩内壁上，所述气流通道沿阴极保护罩轴向分布。

所述气流通道为多条，且均沿阴极保护罩轴向螺旋分布，且所述气流通道在阴极保护罩内至少形成两个螺旋。

与现有技术相比，本实用新型所带来的有益的技术效果表现在：

1、本实用新型的层流等离子发生器阴极保护罩能够实现层流等离子高弧压、小电流的工作模式，结构相对较为合理，能够形成层流等离子射流。本实用新型中阴极保护罩的设置，有助于稳定等离子射流。本实用新型的发生器枪体产生的射流性能优异，可以长时间稳定运行，而且产生的射流具有长度长、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。

2、在阴极罩与阴极连接柱之间设置气流通道，工作气体从气流通道进入到电力腔内，在工作气体输送过程中，被阴极连接柱加热，防止因电离腔内温度较高而形成气压差，阻挡工作气体输送的现象，同时可以利用阴极连接柱的热量，综合利用资源。

3、本实用新型的阴极保护罩通过水冷却的方式进行冷却，在保护罩上设置冷却通道，一方面为了对阴极连接柱进行冷却，另一方面可以降低保护罩的温度，从而防止热量传递到枪体底座和枪体的壳体上，防止对外界的影响，保证枪体的安全性能，本实用新型的保护罩分布两个管道，进水管和出水管，进水管用于冷却阴极连接柱，出水管用于冷却保护罩。

4、气流通道的数量以及气流通道的分布方式决定了工作气体的载入量和稳定性，螺旋式载入的工作气体，在气流通道内形成一定的螺旋力，可以有效地减少电力腔内工作气体对气流通道内工作气体的反作用力，稳定等离子射流，降低等离子体源的控制难度。通过螺旋布置以及多条气流通道，可以增加等离子体源工作气体的载入量可以延长阴极的寿命，减轻阴极的灼烧。

附图说明

图1为本实用新型保护罩的整体结构示意图；、

图2为本实用新型保护罩侧视结构示意图；

附图标记：1、阴极保护罩，2、阴极连接柱，3、气流通道，4、进水通道，5、出水通道，6、进水管，7、出水管。

具体实施方式

实施例1

作为本实用新型一较佳实施例，参照说明书附图1和2，本实施例公开了：

一种层流等离子发生器阴极保护罩，所述阴极保护罩1套在阴极连接柱2上，所述阴极保护罩1与阴极连接柱2之间设置有用于输送工作气体的气流通道3；所述阴极保护罩1上设置有冷却水通道，所述冷却水通道包括进水通道4和出水通道5，所述进水通道4靠近阴极连接柱2设置，所述出水通道5远离阴极连接柱2设置；所述进水通道4与出水通道5的端部相互连通，进水通道4连接有进水管6，出水通道5连接有出水管7，冷却水从进水管6进入到进水通道4内，再经出水通道5和出水管7流出。

实施例2

作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和2，本实施例公开了：

一种层流等离子发生器阴极保护罩，所述阴极保护罩1套在阴极连接柱2上，所述阴极保护罩1与阴极连接柱2之间设置有用于输送工作气体的气流通道3；所述阴极保护罩1上设置有冷却水通道，所述冷却水通道包括进水通道4和出水通道5，所述进水通道4靠近阴极连接柱2设置，所述出水通道5远离阴极连接柱2设置；所述进水通道4与出水通道5的端部相互连通，进水通道4连接有进水管6，出水通道5连接有出水管7，冷却水从进水管6进入到进水通道4内，再经出水通道5和出水管7流出；所述进水通道4和出水通道5沿阴极保护罩1的径向并列分布。

实施例3

作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和2，本实施例公开了：

一种层流等离子发生器阴极保护罩，所述阴极保护罩1套在阴极连接柱2上，所述阴极保护罩1与阴极连接柱2之间设置有用于输送工作气体的气流通道3；所述阴极保护罩1上设置有冷却水通道，所述冷却水通道包括进水通道4和出水通道5，所述进水通道4靠近阴极连接柱2设置，所述出水通道5远离阴极连接柱2设置；所述进水通道4与出水通道5的端部相互连通，进水通道4连接有进水管6，出水通道5连接有出水管7，冷却水从进水管6进入到进水通道4内，再经出水通道5和出水管7流出；所述进水通道4和出水通道5沿阴极保护罩1的径向并列分布；所述进水通道4和出水通道5均沿阴极保护罩1轴向螺旋分布。

实施例4

作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和2，本实施例公开了：

一种层流等离子发生器阴极保护罩，所述阴极保护罩1套在阴极连接柱2上，所述阴极保护罩1与阴极连接柱2之间设置有用于输送工作气体的气流通道3；所述阴极保护罩1上设置有冷却水通道，所述冷却水通道包括进水通道4和出水通道5，所述进水通道4靠近阴极连接柱2设置，所述出水通道5远离阴极连接柱2设置；所述进水通道4与出水通道5的端部相互连通，进水通道4连接有进水管6，出水通道5连接有出水管7，冷却水从进水管6进入到进水通道4内，再经出水通道5和出水管7流出；所述进水通道4和出水通道5沿阴极保护罩1的径向并列分布；所述进水通道4和出水通道5均沿阴极保护罩1轴向螺旋分布。所述气流通道3设置在阴极保护罩1内壁上，所述气流通道3沿阴极保护罩1轴向分布。

实施例5

作为本实用新型又一较佳实施例，参照说明书附图1和2，本实施例公开了：

一种层流等离子发生器阴极保护罩，所述阴极保护罩1套在阴极连接柱2上，所述阴极保护罩1与阴极连接柱2之间设置有用于输送工作气体的气流通道3；所述阴极保护罩1上设置有冷却水通道，所述冷却水通道包括进水通道4和出水通道5，所述进水通道4靠近阴极连接柱2设置，所述出水通道5远离阴极连接柱2设置；所述进水通道4与出水通道5的端部相互连通，进水通道4连接有进水管6，出水通道5连接有出水管7，冷却水从进水管6进入到进水通道4内，再经出水通道5和出水管7流出；所述进水通道4和出水通道5沿阴极保护罩1的径向并列分布；所述进水通道4和出水通道5均沿阴极保护罩1轴向螺旋分布。所述气流通道3设置在阴极保护罩1内壁上，所述气流通道3沿阴极保护罩1轴向分布。所述气流通道3为3条，且均沿阴极保护罩1轴向螺旋分布，且所述气流通道3在阴极保护罩1内形成两个螺旋。

在本实施例中，所述气流通道3为4条，且均沿阴极保护罩1轴向螺旋分布，且所述气流通道3在阴极保护罩1内形成4个螺旋。