等离子体发生器及其阳极组件的制作方法

1.本实用新型涉及等离子体发生器配套组件技术领域，特别涉及一种阳极组件。本实用新型还涉及一种应用该阳极组件的等离子体发生器。


背景技术：

2.直流电弧等离子体发生器可以通过高压电离空气来产生高温的热等离子体射流。该等离子体射流不仅温度高而且活性强，因此，其在煤粉点火、材料表面处理、材料热加工、废弃物处理等方面均有成功应用。
3.公开号为cn2442119y的实用新型专利文件，公开了一种等离子体发生器的长寿命阳极结构，其中的底座入口导流面呈收缩结构，具有压缩等离子体发生器工作介质的功能。但该专利提到的阳极结构采用钎焊方式，把阳极各个部分焊接在一起，无法进行拆卸，达到运行寿命后需要整体更换，运行成本高；同时，为了便于焊接和提高运行寿命，阳极各个部分的材料统一选择紫铜或贵金属，导致加工成本较高。
4.然而，等离子体发生器的电极(包括阴极和阳极)作为易耗品，达到使用寿命后要进行更换，由于现有的等离子体发生器通常是焊接或其他形式形成的一体式结构，电极无法继续使用后，需要对等离子体发生器中与电极一体连接的相关组件一并更换，这会直接导致等离子体发生器的运行成本增加。
5.因此，如何能够对等离子体发生器的阳极组件的结构部件进行单独拆装，以便对部件进行单独更换，从而降低等离子体发生器的整体运行成本是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种阳极组件，该阳极组件的部件能够单独实施拆装和更换，从而有效降低所述等离子体发生器的运行成本。本实用新型的另一目的是提供一种应用上述阳极组件的等离子体发生器。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种阳极组件，包括主壳体，所述主壳体的轴线沿水平方向延伸，所述主壳体内同轴插装有电弧管，所述电弧管的前端部伸出于所述主壳体的前端部，所述电弧管的中部具有电弧通道，所述主壳体的后端部同轴设置有底座，所述主壳体的内壁上还设置有同轴配合的外水套和内水套，所述外水套、所述内水套、所述电弧管沿所述主壳体的径向自外而内依次同轴布置；
8.所述电弧管的后端外周部套设有导流块，所述导流块的内壁与所述电弧管的外壁之间、所述内水套的内壁与所述电弧管的外壁之间分别间隙配合并相互连通，形成上游冷却通道，所述内水套的外壁与所述外水套的内壁之间间隙配合形成下游冷却通道，所述内水套的前端部具有连通所述上游冷却通道与所述下游冷却通道的换流孔；
9.所述底座拆装设置于所述主壳体的后端，且所述底座的中部具有连通外部供气装置与所述电弧通道的引流孔，所述底座上还具有供冷却介质通过的进料通道和排料通道，
所述进料通道沿冷却介质的流动方向连通于所述上游冷却通道的上游，所述排料通道沿冷却介质的流动方向连通于所述下游冷却通道的下游；
10.所述主壳体与所述底座之间、所述主壳体与所述电弧管之间、所述电弧管与所述底座之间均对位布置有密封圈。
11.优选地，所述底座与所述主壳体之间螺纹连接，所述底座的前端面的中部具有后定位槽，所述主壳体的前端部内壁上具有前定位槽，所述电弧管同轴嵌装卡接于所述前定位槽与所述后定位槽之间。
12.优选地，所述主壳体的内壁上具有环形定位槽，所述导流块的外周面上凸出设置有环形凸台，所述环形凸台对位嵌装于所述环形定位槽内。
13.优选地，所述进料通道包括位于所述底座后部的进料端孔和沿冷却介质的流动方向连通于所述进料端孔与所述上游冷却通道之间的进料导孔；
14.所述排料通道包括位于所述底座后部的排料端孔和沿冷却介质的流动方向连通于所述下游冷却通道与所述排料端孔之间的排料导孔；
15.所述进料端孔的轴线以及所述排料端孔的轴线均与所述主壳体的轴线平行，且所述进料端孔的轴向长度大于所述排料端孔的轴向长度。
16.优选地，所述进料通道位于所述电弧通道的下方，且所述进料端孔的内壁的顶部轴向延长线位于所述上游冷却通道的内壁的底部轴向延长线的下方；
17.所述排料通道位于所述电弧通道的上方，且所述排料通道的内壁的底部轴向延长线位于所述下游冷却通道的内壁的顶部轴向延长线的上方。
18.优选地，所述进料导孔的轴线沿所述主壳体的径向延伸，或者所述进料导孔的轴线与所述主壳体的轴线的间距由前至后递增；
19.所述排料导孔的轴线沿所述主壳体的径向延伸，或者所述排料导孔的轴线与所述主壳体的轴线的间距由前至后递增。
20.优选地，所述进料端孔和所述排料端孔均为腰型孔。
21.优选地，所述电弧通道包括沿其轴向由后至前依次连通的压缩段、喉口段、扩张段、稳弧段，所述压缩段的内径自后至前递减，所述扩张段的内径自后至前递增，且所述喉口段的内径小于所述稳弧段的内径；
22.所述引流孔的内径自后至前递减，所述压缩段的内壁的锥度小于所述引流孔的内壁的锥度，且所述压缩段的后端部内径与所述引流孔的前端部的内径相等。
23.优选地，所述电弧管的外壁上与所述压缩段、所述喉口段以及所述扩张段对位处具有变径导槽；
24.所述导流块对位套设于所述变径导槽的外周部，且所述导流块的内壁上凸出设置有与所述变径导槽对位间隙配合的变径凸台。
25.本实用新型还提供一种等离子体发生器，包括阳极组件，所述阳极组件为如上述任一项所述的阳极组件。
26.相对上述背景技术，本实用新型所提供的阳极组件，其工作运行过程中，气体自电弧管的后部通入，经由电弧通道到达电弧管的前端部作业端，实施电离作业；同时，冷却介质自进料通道处通入，并依次流经上游冷却通道、换流孔、下游冷却通道后，由排料通道处排出，以此利用冷却介质为电弧管等主要作业部件进行有效降温；在此基础上，由于底座与
主壳体之间采用了拆装连接的组装结构，使得底座和主壳体能够便捷拆开和组装，在底座及位于阳极组件内的各部件发生局部损坏或故障时，能够将底座等部件单独拆下，以便实施相应的部件单独更换和维修养护作业，作业完毕后，将底座及相应各部件与主壳体重新组装即可，从而无需对阳极组件进行整体更换，仅需对相应部件进行单独更换和维修即可，由此可有效降低所述等离子体发生器的运行和使用成本，优化其操作和维护效率，并使其工况适应能力得以相应提高。
27.在本实用新型的另一优选方案中，所述底座与所述主壳体之间螺纹连接，所述底座的前端面的中部具有后定位槽，所述主壳体的前端部内壁上具有前定位槽，所述电弧管同轴嵌装卡接于所述前定位槽与所述后定位槽之间。前定位槽与后定位槽协同配合，能够为电弧管提供可靠的结构支撑和稳定的结构限位，如此既能够保证电弧管与主壳体及底座之间的装配强度和组件结构稳定性，又能够在必要时，在将底座与主壳体间拆卸后，能够将电弧管单独卸下，以便对电弧管进行单独的更换、维修或养护作业，作业完毕后，将电弧管重新对位组装于前定位槽与后定位槽之间，并将底座与主壳体可靠组装即可；此外，螺纹连接的结构强度较高，对位精度和操作便利性较好，能够进一步优化底座与主壳体之间的装配强度和拆装操作效率，从而进一步提高所述阳极组件的组件拆装便利性。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
29.图1为本实用新型一种具体实施方式所提供的阳极组件的结构侧剖图；
30.图2为图1中阳极组件的整体装配结构右视图；
31.图3为本实用新型一种具体实施方式所提供的阳极组件的底座的结构侧剖图；
32.图4为本实用新型另一种具体实施方式所提供的阳极组件的底座的结构侧剖图。
33.其中：
34.11-主壳体；
35.111-外水套；112-内水套；113-上游冷却通道；114-下游冷却通道；115-换流孔；116-前定位槽；117-环形定位槽；
36.12-电弧管；
37.121-电弧通道；122-压缩段；123-喉口段；124-扩张段；125-稳弧段；126-变径导槽；
38.13-底座；
39.131-引流孔；132-进料通道；1321-进料端孔；1322-进料导孔；133-排料通道；1331-排料端孔；1332-排料导孔；134-后定位槽；
40.14-导流块；
41.141-环形凸台；142-变径凸台。
具体实施方式
42.本实用新型的核心是提供一种阳极组件，该阳极组件的部件能够单独实施拆装和更换，从而有效降低所述等离子体发生器的运行成本；同时，提供一种应用上述阳极组件的等离子体发生器。
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
44.需要提前说明的是，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
46.除此之外，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
47.请结合参考图1至图4。
48.在具体实施方式中，本实用新型所提供的阳极组件，包括主壳体11，主壳体11的轴线沿水平方向延伸，主壳体11内同轴插装有电弧管12，电弧管12的前端部伸出于主壳体11的前端部，电弧管12的中部具有电弧通道121，主壳体11的后端部同轴设置有底座13，主壳体11的内壁上还设置有同轴配合的外水套111和内水套112，外水套111、内水套112、电弧管12沿主壳体11的径向自外而内依次同轴布置；
49.电弧管12的后端外周部套设有导流块14，导流块14的内壁与电弧管12的外壁之间、内水套112的内壁与电弧管12的外壁之间分别间隙配合并相互连通，形成上游冷却通道113，内水套112的外壁与外水套111的内壁之间间隙配合形成下游冷却通道114，内水套112的前端部具有连通上游冷却通道113与下游冷却通道114的换流孔115；
50.底座13拆装设置于主壳体11的后端，且底座13的中部具有连通外部供气装置与电弧通道121的引流孔131，底座13上还具有供冷却介质通过的进料通道132和排料通道133，进料通道132沿冷却介质的流动方向连通于上游冷却通道113的上游，排料通道133沿冷却介质的流动方向连通于下游冷却通道114的下游；
51.主壳体11与底座13之间、主壳体11与电弧管12之间、电弧管12与底座13之间均对位布置有密封圈。
52.其工作运行过程中，气体自电弧管12的后部通入，经由电弧通道121到达电弧管12的前端部作业端，实施电离作业；同时，冷却介质自进料通道132处通入，并依次流经上游冷
却通道113、换流孔115、下游冷却通道114后，由排料通道133处排出，以此利用冷却介质为电弧管12等主要作业部件进行有效降温；在此基础上，由于底座13与主壳体11之间采用了拆装连接的组装结构，使得底座13和主壳体11能够便捷拆开和组装，在底座13及位于阳极组件内的各部件发生局部损坏或故障时，能够将底座13等部件单独拆下，以便实施相应的部件单独更换和维修养护作业，作业完毕后，将底座13及相应各部件与主壳体11重新组装即可，从而无需对阳极组件进行整体更换，仅需对相应部件进行单独更换和维修即可，由此可有效降低所述等离子体发生器的运行和使用成本，优化其操作和维护效率，并使其工况适应能力得以相应提高。
53.需要明确的是，对于一般工况应用而言，通入电弧通道121内的气体为空气，而冷却介质一般为冷却水。当然，实际应用中，依据具体作业需求和工况环境的不同，可以对气体和冷却介质的类型做灵活选择和调整，原则上，只要是能够满足所述等离子体发生器的实际应用需要均可。
54.此外需要说明的是，底座13的材质一般为不锈钢，主壳体11的材质一般为不锈钢或铸铁，而电弧管12的材质优选为紫铜，也可以依据实际工况需求对上述各部件的具体制造材质加以灵活调整和选择，原则上，只要是能够满足所述等离子体发生器的实际应用需要均可。
55.在此基础上应当说明的是，换流孔115一般为椭圆形孔，并且各换流孔115沿周向均布于内水套112的前端部。当然，换流孔115的具体形状及其排布方式可以依据实际工况需求灵活调整和选择，原则上，只要是能够保证上游冷却通道113与下游冷却通道114的稳定连通，并满足所述等离子体发生器的实际应用需要均可。
56.进一步地，底座13与主壳体11之间螺纹连接，底座13的前端面的中部具有后定位槽134，主壳体11的前端部内壁上具有前定位槽116，电弧管12同轴嵌装卡接于前定位槽116与后定位槽134之间。前定位槽116与后定位槽134协同配合，能够为电弧管12提供可靠的结构支撑和稳定的结构限位，如此既能够保证电弧管12与主壳体11及底座13之间的装配强度和组件结构稳定性，又能够在必要时，在将底座13与主壳体11间拆卸后，能够将电弧管12单独卸下，以便对电弧管12进行单独的更换、维修或养护作业，作业完毕后，将电弧管12重新对位组装于前定位槽116与后定位槽134之间，并将底座13与主壳体11可靠组装即可；此外，螺纹连接的结构强度较高，对位精度和操作便利性较好，能够进一步优化底座13与主壳体11之间的装配强度和拆装操作效率，从而进一步提高阳极组件的组件拆装便利性。
57.应当说明的是，一般地，底座13与主壳体11之间螺纹适配结构，可以是在底座13前端部布置外螺纹，并在主壳体11后端部对应部位布置适配的内螺纹；也可以是在底座13前端部布置内螺纹，并在主壳体11后端部对位能够部位布置适配的外螺纹。
58.此外，实际应用中，底座13与主壳体11之间的连接结构并不局限于上文所述的螺纹连接，依据具体工况和应用需求的不同，底座13与主壳体11之间还可以选用卡扣连接或是依靠螺栓螺母等配套连接组件实现拆装连接，工作人员可以针对性地灵活调整和选择，原则上，只要是能够保证所述阳极组件的可靠组装，并保证所述等离子体发生器的实际应用需要均可。
59.在此基础上，主壳体11的内壁上具有环形定位槽117，导流块14的外周面上凸出设置有环形凸台141，环形凸台141对位嵌装于环形定位槽117内。通过环形定位槽117与环形
凸台141之间的对位嵌装适配，能够对导流块14形成稳定的结构限位，并充分保证导流块14与主壳体11之间的装配强度，使所述阳极组件的整体装配结构更加稳定可靠。
60.具体地，进料通道132包括位于底座13后部的进料端孔1321和沿冷却介质的流动方向连通于进料端孔1321与上游冷却通道113之间的进料导孔1322；排料通道133包括位于底座13后部的排料端孔1331和沿冷却介质的流动方向连通于下游冷却通道114与排料端孔1331之间的排料导孔1332；进料端孔1321的轴线以及排料端孔1331的轴线均与主壳体11的轴线平行，且进料端孔1321的轴向长度大于排料端孔1331的轴向长度。进料端孔1321的轴向长度较长，能够对通入的冷却介质形成一定的稳流作用，缓解冷却介质向下游通道流动过程中的冲击；而排料端孔1331的轴向长度较小，则能够使得完成冷却作业的冷却介质快速排出阳极组件的主体结构管路，以便进一步提高冷却介质的循环效率，优化冷却效果。
61.事实上，依据具体工况条件和工作需求的不同，进料端孔的轴向长度也可以小于排料端孔的轴向长度，以便适应不同应用环境下的作业需求，工作人员可以依据实际工况需要灵活调整和选择，原则上，只要是能够满足所述等离子体发生器的实际应用需要均可。
62.更具体地，进料通道132位于电弧通道121的下方，且进料端孔1321的内壁的顶部轴向延长线位于上游冷却通道113的内壁的底部轴向延长线的下方；排料通道133位于电弧通道121的上方，且排料通道133的内壁的底部轴向延长线位于下游冷却通道114的内壁的顶部轴向延长线的上方。具体来说，进料端孔1321的内壁上沿是低于上游冷却通道113的内壁下沿的，而排料通道133的内壁下沿是高于下游冷却通道114的内壁上沿的，结合进料通道132低于排料通道133的布置方式，可以令冷却介质在所述阳极组件的主体结构中，形成底部通入而顶部排出的流通结构，以此进一步优化冷却介质的循环效率和冷却效果。
63.应当指出的是，上文中所述的，将进料通道布置于电弧通道下方，并将排料通道布置于电弧通道上方的结构布局，仅为匹配绝大部分工况条件下的应用需求，实际操作时，依据具体作业环境和工况需求的不同，也可以将进料通道布置于电弧通道的上方，并将排料通道布置于电弧通道的下方的组件结构，工作人员可以根据具体工况条件和作业需求灵活调整和选择冷却介质的进出通道布置位置，原则上，只要是能够满足所述等离子体发生器的实际应用需要均可。
64.请结合参考图3和图4。
65.更具体地，进料导孔1322的轴线沿主壳体11的径向延伸，或者进料导孔1322的轴线与主壳体11的轴线的间距由前至后递增；排料导孔1332的轴线沿主壳体11的径向延伸，或者排料导孔1332的轴线与主壳体11的轴线的间距由前至后递增。无论采用何种导孔结构，均应保证进料端孔1321与上游冷却通道113之间、排料端孔1331与下游冷却通道114之间的导通效果，保证冷却介质的高效循环。
66.请对应参考图2。
67.此外，进料端孔1321和排料端孔1331均为腰型孔。腰型孔结构的稳流效果较好，有助于进一步优化冷却介质的流通效果，并保证进料端孔1321和排料端孔1331处的冷却介质流通效率。
68.另一方面，电弧通道121包括沿其轴向由后至前依次连通的压缩段122、喉口段123、扩张段124、稳弧段125，压缩段122的内径自后至前递减，扩张段124的内径自后至前递增，且喉口段123的内径小于稳弧段125的内径；引流孔131的内径自后至前递减，压缩段122
的内壁的锥度小于引流孔131的内壁的锥度，且压缩段122的后端部内径与引流孔131的前端部的内径相等。引流孔131与压缩段122对位适配形成的锥形收缩连续导向面，能够有效提高电弧通道121处的起弧成功率和电弧稳定性，以此优化所述等离子体发生器的作业效果和工作性能。
69.需要相应说明的是，实际应用中，引流孔131和压缩段122对位适配形成的锥面的收缩角为40
°
～75
°
，其中引流孔131的内壁锥面收缩角以60
°
为宜，而压缩段122的内壁锥面收缩角以45
°
为宜，以便适配绝大部分工况下的作业应用需求。当然，实际应用中，工作人员也可以依据具体工况需求灵活调整和选择引流孔131及压缩段122的锥面结构收缩角，原则上，只要是能够满足所述等离子体发生器的实际应用需要均可。
70.另外，电弧管12的外壁上与压缩段122、喉口段123以及扩张段124对位处具有变径导槽126；导流块14对位套设于变径导槽126的外周部，且导流块14的内壁上凸出设置有与变径导槽126对位间隙配合的变径凸台142。变径导槽126与变径凸台142对位适配形成的弯折通道结构，能够进一步优化冷却介质的流通效率，优化电弧管12各重点工作部位的冷却效果。
71.一般地，电弧管12的管壁厚度大体一致，以此能够使得变径导槽126的弯折结构能够与对位的压缩段122、喉口段123以及扩张段124处的电弧管12内壁相匹配，以此进一步优化电弧管12的结构强度和可靠性，并使得由变径导槽126与变径凸台142对位适配形成的弯折通道结构也能够与电弧管12的对应位置处适度匹配，从而使得所述等离子体发生器的组件适配度更高，组装结构更加紧凑可靠，装配空间利用率更高。
72.在具体实施方式中，本实用新型所提供的等离子体发生器，包括阳极组件，该阳极组件为如上文实施例所述的阳极组件。该等离子体发生器的阳极组件的部件能够单独实施拆装和更换，从而有效降低所述等离子体发生器的运行成本。
73.综上可知，本实用新型中提供的阳极组件，其工作运行过程中，气体自电弧管的后部通入，经由电弧通道到达电弧管的前端部作业端，实施电离作业；同时，冷却介质自进料通道处通入，并依次流经上游冷却通道、换流孔、下游冷却通道后，由排料通道处排出，以此利用冷却介质为电弧管等主要作业部件进行有效降温；在此基础上，由于底座与主壳体之间采用了拆装连接的组装结构，使得底座和主壳体能够便捷拆开和组装，在底座及位于阳极组件内的各部件发生局部损坏或故障时，能够将底座等部件单独拆下，以便实施相应的部件单独更换和维修养护作业，作业完毕后，将底座及相应各部件与主壳体重新组装即可，从而无需对阳极组件进行整体更换，仅需对相应部件进行单独更换和维修即可，由此可有效降低所述等离子体发生器的运行和使用成本，优化其操作和维护效率，并使其工况适应能力得以相应提高。
74.此外，本实用新型所提供的应用上述阳极组件的等离子体发生器，其阳极组件的部件能够单独实施拆装和更换，从而有效降低所述等离子体发生器的运行成本。
75.以上对本实用新型所提供的阳极组件以及应用该阳极组件的等离子体发生器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。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的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。