專(zhuān)利名稱：多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子體應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及到一種多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極。
背景技術(shù)：
目前，在科學(xué)技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的電弧等離子體發(fā)生器又稱電弧等離子體炬，或稱等離子體噴槍?zhuān)袝r(shí)也稱電弧加熱器。它是一種能夠產(chǎn)生定向等離子體射流的放電裝置，已在等離子體化工、冶金、噴涂、噴焊、機(jī)械加工和氣動(dòng)熱模擬實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。大型工業(yè)煤粉鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃傳統(tǒng)上都是采用燃燒重油或天然氣等稀有燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，近年來(lái)，隨著世界性的能源緊張和等離子體技術(shù)的發(fā)展，鍋爐等離子點(diǎn)火成為了國(guó)內(nèi)外發(fā)展的最新技術(shù)，大幅度減少重油(天然氣)的耗量，與以往的煤粉燃燒器相比，等離子燃燒器在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就用等離子弧將煤粉點(diǎn)燃，可在爐膛內(nèi)無(wú)火焰狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉，是高度環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的鍋爐的無(wú)油啟動(dòng)新技術(shù)。等離子發(fā)生器的核心是陰極和陽(yáng)極，尤其是大功率的等離子發(fā)生器，由于陽(yáng)極受活性工作氣(氧、氯、空氣)的侵蝕，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致其壽命比陰極更短，影響發(fā)生器的正常使用。 目前等離子體發(fā)生器陽(yáng)極的連續(xù)壽命一般不超過(guò)200小時(shí)。陽(yáng)極的燒蝕和電極材料及氣流控制技術(shù)相關(guān)。從氣流控制技術(shù)而言，現(xiàn)有的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極常采用喇叭狀噴嘴，在起弧后，等離子體經(jīng)過(guò)噴嘴前部的喉口壓縮后，到達(dá)喇叭狀噴嘴時(shí)快速噴出，這種結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極斑點(diǎn)集中在喇叭口的內(nèi)表面與噴口末端的交界面上，也即是導(dǎo)流區(qū)域和電弧燒蝕區(qū)域重合，由于交界面的表面積小，盡管采用空氣或水等介質(zhì)對(duì)整個(gè)陽(yáng)極進(jìn)行冷卻，但由于電流密度較大，同時(shí)電弧會(huì)在陽(yáng)極表面燒蝕形成絕緣層，影響陽(yáng)極的導(dǎo)電能力，使等離子體工作穩(wěn)定性差，很難避免對(duì)陽(yáng)極噴嘴端面的燒蝕，這也是國(guó)內(nèi)外等離子體發(fā)生器的陽(yáng)極壽命一般在200小時(shí)以下的緣故。另外，這種陽(yáng)極采用喇叭狀噴嘴的結(jié)構(gòu)，會(huì)使得陰極和陽(yáng)極腔內(nèi)等離子體的流場(chǎng)發(fā)生畸變，而使得漩渦場(chǎng)受到破壞，受到破壞的渦旋氣流對(duì)等離子體的壓縮不夠，也會(huì)進(jìn)一步加重對(duì)陽(yáng)極的燒蝕。從電極材料而言，現(xiàn)有電極材料主要使用紫銅，紫銅的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率僅次于銀， 廣泛用于制作導(dǎo)電導(dǎo)熱器材。紫銅有良好的可加工性，可經(jīng)冷熱塑性加工制成各種半成品和成品。但使用結(jié)果表明紫銅的耐腐蝕性和抗電弧燒蝕能力較差，導(dǎo)致發(fā)生器陽(yáng)極很容易燒蝕，是目前大功率發(fā)生器陽(yáng)極壽命較低的原因之一。CuCr合金是指以Cu為基體，加入Cr 和其它微量稀土合金元素形成的一系列合金。該合金在室溫及600°C以下具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和硬度。具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力，具有優(yōu)良的耐磨性和減磨性能，并具有抗高溫氧化、耐燒蝕和加工性能好等特性，廣泛應(yīng)用于要求高硬度、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電和導(dǎo)熱的零件中。目前主要應(yīng)用于制備電阻焊電極、觸頭材料、集成電路弓I線框架、電車(chē)及電力火車(chē)架空導(dǎo)線、電動(dòng)工具的轉(zhuǎn)向器、電工插頭等。由于稀土在銅合金中固溶度小，具有晶粒細(xì)化，凈化雜質(zhì)的特點(diǎn)，因而添加稀土是獲得高強(qiáng)度導(dǎo)電銅合金的有效辦法之一。銅鉻合金中加稀土形成的CuCrRe材料具有比銅更好的導(dǎo)電性、腐蝕性能和抗電弧燒蝕性能。陽(yáng)極的壽命與陽(yáng)極斑點(diǎn)對(duì)陽(yáng)極內(nèi)表面導(dǎo)流區(qū)域的燒蝕速率密切相關(guān)，對(duì)于陽(yáng)極的局部燒蝕，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)陽(yáng)極的壽命縮短。雖然現(xiàn)有的等離子體發(fā)生器中可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣流來(lái)調(diào)節(jié)陽(yáng)極的燒蝕范圍，但由于氣流的精確調(diào)節(jié)比較復(fù)雜和困難，難以做到精確控制，過(guò)高或過(guò)低的氣體壓力都會(huì)影響到陽(yáng)極的燒蝕位置，因此這種方法不能很好提升等離子體發(fā)生器的整體使用壽命。在申請(qǐng)?zhí)枮?00910164214. 1的專(zhuān)利申請(qǐng)中，是采用螺旋導(dǎo)電彈簧形成一個(gè)電磁壓縮環(huán)，當(dāng)螺旋導(dǎo)電彈簧通電后，產(chǎn)生磁場(chǎng)，起到壓縮等離子電弧的作用，但是，其缺乏穩(wěn)燃腔、導(dǎo)流腔以及加速腔，提高陽(yáng)極壽命有限。為此，新的抗燒蝕陽(yáng)極的開(kāi)發(fā)具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其具有長(zhǎng)壽命高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，用以解決現(xiàn)有等離子體發(fā)生裝置使用壽命較短，輸出功率不高的問(wèn)題。本發(fā)明的目的可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其包括壓縮腔，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極還包括穩(wěn)燃腔、導(dǎo)流腔和加速腔，所述壓縮腔位于所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的后端，并配置成將陰極產(chǎn)生的等離子進(jìn)行壓縮，所述穩(wěn)燃腔連接于所述壓縮腔，為拋物線形腔體，并配置成滿足所述等離子擴(kuò)張，所述導(dǎo)流腔連接于所述穩(wěn)燃腔，并配置成傳導(dǎo)電子和構(gòu)成良好的導(dǎo)電通路，所述加速腔連接于所述導(dǎo)流腔，為上開(kāi)口拋物線和下開(kāi)口拋物線構(gòu)成的雙拋物線結(jié)構(gòu)，所述上開(kāi)口拋物線左側(cè)曲線和所述下開(kāi)口拋物線的左側(cè)曲線共同構(gòu)成所述加速腔的壓縮段，并配置成壓縮所述等離子，提高所述等離子體密度，所述上開(kāi)口拋物線右側(cè)曲線和所述下開(kāi)口拋物線的右左側(cè)曲線共同構(gòu)成所述加速腔的加速段，并配置成降低所述等離子從陽(yáng)極前端噴口噴出的阻力，提高所述等離子噴射速度。優(yōu)選的是，所述壓縮腔的直徑為20-60mm，長(zhǎng)度為20_50mm，厚度為5_20mm。優(yōu)選的是，所述穩(wěn)燃腔的腔體直徑為20-100mm，長(zhǎng)度為30_100mm，厚度為5_20mm。優(yōu)選的是，所述導(dǎo)流腔的直徑為30-100mm，長(zhǎng)度為30_100mm，厚度為5_20mm。優(yōu)選的是，所述加速腔的直徑為20-100mm，長(zhǎng)度為30-150mm，厚度為5_20mm。優(yōu)選的是，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的后端與所述陰極相連，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極與該陰極間間隔0. 5-3mm。優(yōu)選的是，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的制備材料為銅-鉻-稀土復(fù)合材料。優(yōu)選的是，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極還包括水冷卻系統(tǒng)，該水冷卻系統(tǒng)覆蓋在所述壓縮腔、所述穩(wěn)燃腔、所述導(dǎo)流腔和所述加速腔的外壁上。優(yōu)選的是，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的外表面帶有納米晶氮化鉻薄膜，這在現(xiàn)有技術(shù)中是很容易實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)證明，帶有納米晶氮化鉻薄膜的等離子發(fā)生器陽(yáng)極不僅使用壽命大大提高，而且使用中振動(dòng)小，穩(wěn)定性好。優(yōu)選的是，所述多腔等離子發(fā)生器陽(yáng)極材料內(nèi)嵌有芯片，芯片上例如可以設(shè)有產(chǎn)品的檔案信息，以便防止假冒。該芯片上載有的信息優(yōu)選可以由一讀取器讀取。技術(shù)人員不難看出，上述各優(yōu)選方案的任意組合所構(gòu)成的方案都是本發(fā)明的一部分。本發(fā)明實(shí)施例提供的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極，采用不同直徑及曲線的筒狀結(jié)構(gòu)，等離子體從陰極向陽(yáng)極輸運(yùn)時(shí)，首先經(jīng)過(guò)壓縮腔對(duì)等離子體進(jìn)行壓縮，阻止等離子體的擴(kuò)散； 經(jīng)過(guò)壓縮的等離子體進(jìn)入穩(wěn)燃腔時(shí)，由于等離子體的自擴(kuò)展特性，會(huì)使等離子體發(fā)生一定程度的擴(kuò)散，由于高度壓縮的等離子擴(kuò)張時(shí)等離子弧溫度很高，容易燒蝕陽(yáng)極內(nèi)表面。但由于本結(jié)構(gòu)采用了先進(jìn)的拋物線形設(shè)計(jì)，使拋物線與等離子體邊界平行，使渦旋氣流對(duì)等離子體進(jìn)行了良好的壓縮。同時(shí)等離子弧不會(huì)燒蝕到陽(yáng)極的內(nèi)表面。由于該設(shè)計(jì)使等離子穩(wěn)定的向前傳輸，不會(huì)引起流場(chǎng)的畸變降低對(duì)等離子體的約束，使等離子體的燃燒更為穩(wěn)定。 經(jīng)過(guò)穩(wěn)燃腔后，等離子體繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)流腔，這是因?yàn)殛庩?yáng)極之間構(gòu)成回路的需要，大量的電子需要從陽(yáng)極內(nèi)壁流回供電電源。在常規(guī)陽(yáng)極設(shè)計(jì)中，由于陽(yáng)極噴口較短，使導(dǎo)電平面和電弧擴(kuò)展平面重合，電弧的高溫會(huì)使陽(yáng)極表面形成導(dǎo)電較差的絕緣層，絕緣層反過(guò)來(lái)又會(huì)降低陽(yáng)極表面的導(dǎo)電效果，導(dǎo)致大量的電子需要從絕緣層之間很小的導(dǎo)電通路流過(guò)， 使局部區(qū)域電流密度過(guò)大，形成了大電流的過(guò)熱效應(yīng)，嚴(yán)重?zé)龘p陽(yáng)極表面。在本發(fā)明中，由于電弧的高溫主要在穩(wěn)燃腔產(chǎn)生，而導(dǎo)電主要在導(dǎo)流腔，兩者不在同一區(qū)域，電弧的高溫在導(dǎo)流腔不會(huì)產(chǎn)生，降低了導(dǎo)流腔陽(yáng)極內(nèi)表面絕緣層的產(chǎn)生，大幅度提高了內(nèi)表面的導(dǎo)電能力，進(jìn)一步提高了等離子體的穩(wěn)定性和降低了燒蝕速率。當(dāng)電流從導(dǎo)流腔進(jìn)入雙拋物線形的加速腔的壓縮段后，由于內(nèi)腔直徑變小，主要壓縮等離子體流，當(dāng)?shù)入x子體流通過(guò)噴口后提高等離子體流的速度，而右側(cè)加速腔的加速段結(jié)構(gòu)主要是降低等離子體流噴射時(shí)的阻力，提高燃燒效果。由于本發(fā)明對(duì)整個(gè)陽(yáng)極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿形的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其更加適合于發(fā)生器的使用，充分利用了等離子體自適應(yīng)的特點(diǎn)，不需要復(fù)雜的電磁線圈的穩(wěn)弧裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，等離子體流場(chǎng)畸變小，離子弧長(zhǎng)更長(zhǎng)，輸出電壓更高，輸出功率更大的特點(diǎn)。 同時(shí)用于采用這種結(jié)構(gòu)，還能夠降低等離子體在陽(yáng)極內(nèi)部的導(dǎo)流區(qū)域電流密度，使得等離子弧在陽(yáng)極內(nèi)表面的燒蝕點(diǎn)分布更均勻，大幅提高了等離子體發(fā)生器陽(yáng)極的使用壽命。


圖1為本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的一實(shí)施例中運(yùn)行等離子火焰的照片； 圖3為本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的一實(shí)施例中等離子火焰濾光的照片。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。如圖1所示，圖1為本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。該多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極由壓縮腔L2、穩(wěn)燃腔L3、導(dǎo)流腔L4、加速腔L5和水冷卻系統(tǒng)Li。該壓縮腔L2位于該陽(yáng)極的后端，直徑為20-60mm，長(zhǎng)度為20_50mm，厚度為5_20mm， 主要對(duì)陰極產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行壓縮；穩(wěn)燃腔L3連接于該壓縮腔L2，為拋物線形腔體，其腔體直徑為20-100mm，長(zhǎng)度為30-100mm，厚度為5_20mm，主要是滿足等離子擴(kuò)張的要求， 同時(shí)避免電弧對(duì)陽(yáng)極內(nèi)壁的燒蝕；導(dǎo)流腔L4連接于該穩(wěn)燃腔L3，直徑為30-100mm，長(zhǎng)度為30-100mm，厚度為5_20mm，主要為了傳導(dǎo)電子和構(gòu)成良好的導(dǎo)電通路；加速腔L5連接于該導(dǎo)流腔L4，為上開(kāi)口拋物線和下開(kāi)口拋物線構(gòu)成的雙拋物線結(jié)構(gòu)，上開(kāi)口拋物線左側(cè)曲線和下開(kāi)口拋物線的左側(cè)曲線共同構(gòu)成加速腔L5的壓縮段，壓縮等離子，提高等離子體密度，上開(kāi)口拋物線右側(cè)曲線和下開(kāi)口拋物線的右左側(cè)曲線共同構(gòu)成加速腔L5的加速段，降低等離子從陽(yáng)極前端噴口噴出的阻力，提高等離子噴射速度。也就是說(shuō)，左側(cè)內(nèi)壁主要是為了壓縮等離子體，提高等離子體密度，右側(cè)拋物線結(jié)構(gòu)主要是降低等離子從陽(yáng)極前端噴口噴出的阻力，結(jié)構(gòu)和左側(cè)對(duì)稱。加速腔L5的直徑為20-100mm，長(zhǎng)度為30_150mm，厚度為 5-20mmo水冷卻系統(tǒng)Ll覆蓋在壓縮腔L2、穩(wěn)燃腔L3、導(dǎo)流腔L4、加速腔L5的外壁上，對(duì)壓縮腔L2、穩(wěn)燃腔L3、導(dǎo)流腔L4、加速腔L5進(jìn)行冷卻；本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極后端與陰極相連，兩極之間間隔0. 5-3mm ；陰極產(chǎn)生的等離子體經(jīng)壓縮腔L2、穩(wěn)燃腔L3、導(dǎo)流腔L4以及加速腔L5后高速噴出陽(yáng)極前端噴口。陽(yáng)極材料采用銅-鉻-稀土(CuCrRE)材料制造。不同于傳統(tǒng)等離子體發(fā)生器的陽(yáng)極所采用的先壓縮然后擴(kuò)散型噴嘴，本發(fā)明實(shí)施實(shí)例提供的等離子體發(fā)生器對(duì)陽(yáng)極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅度的優(yōu)化，根據(jù)等離子體的擴(kuò)展特性設(shè)計(jì)了獨(dú)特的多腔室陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。改變了傳統(tǒng)陽(yáng)極導(dǎo)電區(qū)域和電弧燃燒區(qū)域重合導(dǎo)致燒蝕速率過(guò)快引起陽(yáng)極壽命較短的缺點(diǎn)，使整個(gè)陽(yáng)極由壓縮腔L2、穩(wěn)燃腔L3、導(dǎo)流腔L4、加速腔L5構(gòu)成。當(dāng)?shù)入x子體工作時(shí)經(jīng)壓縮腔L2壓縮提高等離子體密度，穩(wěn)燃腔L3主要是采用特殊的拋物線結(jié)構(gòu)對(duì)等離子體的邊界進(jìn)行仿形，給等離子體的擴(kuò)展提供了足夠的空間，同時(shí)又能對(duì)氣流形成的渦旋場(chǎng)進(jìn)行良好的約束，使等離子流高度穩(wěn)定的傳輸；采用的導(dǎo)流腔L4主要是為了克服陽(yáng)極表面電弧燒蝕導(dǎo)致的絕緣氧化層的形成，提高導(dǎo)電效率。加速腔L5主要是再一次壓縮等離子體，使其高速噴出陽(yáng)極噴嘴。由于本發(fā)明陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)充分考慮了抗電弧燒蝕材料優(yōu)選、等離子壓縮、輸運(yùn)、導(dǎo)流及加速的需求，解決了長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)陽(yáng)極放電穩(wěn)定性差，陽(yáng)極壽命短的缺點(diǎn)，大幅度提高國(guó)產(chǎn)陽(yáng)極的壽命，提高了大功率陽(yáng)極的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。圖2為本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的一實(shí)施例中運(yùn)行等離子火焰的照片， 從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，等離子體火焰較長(zhǎng)，對(duì)鍋爐點(diǎn)火效果較好；
圖3為本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的一實(shí)施例中等離子火焰濾光的照片，從圖 3中可以看出，等離子中心高溫區(qū)域向噴嘴外延伸了較長(zhǎng)距離，可以進(jìn)一步提高等離子點(diǎn)火的能量。在一具體實(shí)施例的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極中，陽(yáng)極材料采用90%Cu和10%CrRe構(gòu)成的CuCrRE。壓縮腔直徑為30mm，長(zhǎng)度為40mm ；穩(wěn)燃腔腔體直徑最大處為40mm，長(zhǎng)度為 60—80mm;導(dǎo)流腔直徑為Φ40πιπι，長(zhǎng)度為60_80mm ；厚度為5_20mm。加速腔最小直徑為 Φ 20-30，長(zhǎng)度為50mm ；陽(yáng)極總長(zhǎng)度為200—250mm。經(jīng)500小時(shí)運(yùn)行后，陽(yáng)極表面基本完好， 內(nèi)表面燒蝕深度小于1mm，預(yù)計(jì)使用壽命在1000小時(shí)以上。在另一具體實(shí)施例的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極中，陽(yáng)極材料采用80%Cu和20%CrRe構(gòu)成的CuCrRE。壓縮腔直徑為Φ 30mm，長(zhǎng)度為50mm ；穩(wěn)燃腔腔體直徑最大處為Φ 50mm，長(zhǎng)度為60—90mm，厚度為5_20mm ；導(dǎo)流腔直徑為Φ 50—60mm，長(zhǎng)度為90mm ；加速腔最小直徑為 Φ 30mm，長(zhǎng)度為50mm，厚度為5_20mm ；陽(yáng)極總長(zhǎng)度為200j80mm。經(jīng)600小時(shí)運(yùn)行后，陽(yáng)極表面基本完好，內(nèi)表面燒蝕深度小于1mm，預(yù)計(jì)使用壽命在1000小時(shí)以上。在本發(fā)明一具體實(shí)施例的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極中，陽(yáng)極材料采用70%Cu和30%CrRe構(gòu)成的CuCrRE。壓縮腔直徑為40mm，長(zhǎng)度為50mm ；穩(wěn)燃腔腔體直徑最大處為60mm， 長(zhǎng)度為IOOmm ；導(dǎo)流腔直徑為Φ 60mm，長(zhǎng)度為100mm，厚度為18mm ；加速腔最小直徑為Φ 40， 長(zhǎng)度為50mm ；陽(yáng)極總長(zhǎng)度為300mm。經(jīng)400小時(shí)運(yùn)行后，陽(yáng)極表面基本完好，內(nèi)表面燒蝕深度小于1mm，預(yù)計(jì)使用壽命在1200小時(shí)以上。在另一具體實(shí)施例的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極中，陽(yáng)極材料采用60%Cu和40%CrRe構(gòu)成的CuCrRE。壓縮腔直徑為Φ 50mm，長(zhǎng)度為60mm ；穩(wěn)燃腔腔體直徑最大處為70mm，長(zhǎng)度為 100mm;導(dǎo)流腔直徑為Φ70πιπι，長(zhǎng)度為IOOmm加速腔最小直徑為Φ50，長(zhǎng)度為50mm;陽(yáng)極總長(zhǎng)度為310mm。經(jīng)500小時(shí)運(yùn)行后，陽(yáng)極表面基本完好，內(nèi)表面燒蝕深度小于1mm，預(yù)計(jì)使用壽命在1400小時(shí)以上。在本發(fā)明的一具體實(shí)施例等離子體發(fā)生器陽(yáng)極中，陽(yáng)極材料采用50%Cu和 50%CrRe構(gòu)成的CuCrRE。壓縮腔直徑為Φ60πιπι，長(zhǎng)度為60mm ；穩(wěn)燃腔腔體直徑最大處為 80mm，長(zhǎng)度為150mm;導(dǎo)流腔直徑為Φ80πιπι，長(zhǎng)度為150mm ；加速腔最小直徑為Φ70，長(zhǎng)度為 50mm ；陽(yáng)極總長(zhǎng)度為410mm。經(jīng)600小時(shí)運(yùn)行后，陽(yáng)極表面基本完好，內(nèi)表面燒蝕深度小于 1mm，預(yù)計(jì)使用壽命在1500小時(shí)以上。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極中，陽(yáng)極材料采用50%Cu和 50%CrRe構(gòu)成的CuCrRE。壓縮腔直徑為Φ60πιπι，長(zhǎng)度為60mm ；穩(wěn)燃腔腔體直徑最大處為 80mm，長(zhǎng)度為200mm ；導(dǎo)流腔直徑為Φ 80mm，長(zhǎng)度為200mm ；加速腔最小直徑為Φ 70，長(zhǎng)度為 50mm ；陽(yáng)極總長(zhǎng)度為510mm。經(jīng)600小時(shí)運(yùn)行后，陽(yáng)極表面基本完好，內(nèi)表面燒蝕深度小于 1mm，預(yù)計(jì)使用壽命在1800小時(shí)以上。本發(fā)明實(shí)施例提供的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極，內(nèi)部為變直徑圓筒形腔體。陰極產(chǎn)生的等離子體經(jīng)陽(yáng)極后端的壓縮腔提高等離子體密度后進(jìn)入弧形穩(wěn)燃腔，經(jīng)穩(wěn)燃后的等離子體進(jìn)入導(dǎo)流腔，維持陰極和陽(yáng)極放電的電子經(jīng)導(dǎo)流腔與陰極構(gòu)成回路，維持陰陽(yáng)極電弧放電；等離子體經(jīng)導(dǎo)流腔進(jìn)入加速腔后，由于腔體直徑變小，流速增加，使最后噴出陽(yáng)極前端的等離子體速度加快，可以形成更長(zhǎng)的等離子焰流高速噴到大氣中，提高燃燒效果。也就是說(shuō)，本發(fā)明提供的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上根據(jù)等離子體的擴(kuò)展特性設(shè)計(jì)了獨(dú)特的多腔室陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。改變了傳統(tǒng)陽(yáng)極導(dǎo)電區(qū)域和電弧燃燒區(qū)域重合導(dǎo)致燒蝕速率過(guò)快引起陽(yáng)極壽命較短的缺點(diǎn)，使整個(gè)陽(yáng)極由壓縮腔、穩(wěn)燃腔、導(dǎo)流腔、加速腔構(gòu)成。充分考慮了抗電弧燒蝕材料優(yōu)選、等離子壓縮、輸運(yùn)、導(dǎo)流及加速的需求，還能夠降低等離子體在陽(yáng)極內(nèi)部的電流密度，使得等離子弧在陽(yáng)極表面的燒蝕點(diǎn)分布更均勻，解決了長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)陽(yáng)極放電穩(wěn)定性差，陽(yáng)極壽命短的缺點(diǎn)，大幅度提高國(guó)產(chǎn)陽(yáng)極的壽命，使麗級(jí)大功率等離子發(fā)生器的開(kāi)發(fā)成為可能。更近一步地，本發(fā)明實(shí)施例提供的等離子體發(fā)生器陽(yáng)極，材料上采用了更為先進(jìn)的銅-鉻-稀土復(fù)合材料，充分利用稀土的細(xì)化晶粒和鉻的抗高溫性能好的特點(diǎn)，大幅度改善了常規(guī)銅陽(yáng)極耐氧化性能差，抗電弧燒蝕能力低的缺點(diǎn)。使陽(yáng)極壽命從現(xiàn)在小于200小時(shí)提高到最高2000小時(shí)左右，為大功率等離子體發(fā)生裝置的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本說(shuō)明書(shū)后不難理解，本發(fā)明的多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極由現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合而構(gòu)成，這些現(xiàn)有技術(shù)雖然并沒(méi)有事無(wú)巨細(xì)地全部一一描述，但在閱讀了本說(shuō)明書(shū)后本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知其所云。本說(shuō)明書(shū)中描述了上述現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)合而構(gòu)成本發(fā)明的各個(gè)方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，這些方案的各種結(jié)合，以及構(gòu)成這些方案的各個(gè)部分和/或特征的結(jié)合都屬于本發(fā)明的方案的范疇。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以理解的是，將上述現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成本發(fā)明，這需要大量創(chuàng)造性勞動(dòng)付出，是多年理論研究和大量實(shí)驗(yàn)的結(jié)晶。
權(quán)利要求
1.多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其包括壓縮腔，其特征在于，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極還包括穩(wěn)燃腔、導(dǎo)流腔和加速腔，所述壓縮腔位于所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的后端， 并配置成將陰極產(chǎn)生的等離子進(jìn)行壓縮，所述穩(wěn)燃腔連接于所述壓縮腔，為拋物線形腔體， 并配置成滿足所述等離子擴(kuò)張，所述導(dǎo)流腔連接于所述穩(wěn)燃腔，并配置成傳導(dǎo)電子和構(gòu)成良好的導(dǎo)電通路，所述加速腔連接于所述導(dǎo)流腔，為上開(kāi)口拋物線和下開(kāi)口拋物線構(gòu)成的雙拋物線結(jié)構(gòu)，所述上開(kāi)口拋物線左側(cè)曲線和所述下開(kāi)口拋物線的左側(cè)曲線共同構(gòu)成所述加速腔的壓縮段，并配置成壓縮所述等離子，提高所述等離子體密度，所述上開(kāi)口拋物線右側(cè)曲線和所述下開(kāi)口拋物線的右左側(cè)曲線共同構(gòu)成所述加速腔的加速段，并配置成降低所述等離子從陽(yáng)極前端噴口噴出的阻力，提高所述等離子噴射速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其特征在于，所述壓縮腔的直徑為 20-60mm，長(zhǎng)度為 20_50mm，厚度為 5-20mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其特征在于，所述穩(wěn)燃腔的腔體直徑為 20-100mm，長(zhǎng)度為 30_100mm，厚度為 5-20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其特征在于，所述導(dǎo)流腔的直徑為 30-100mm，長(zhǎng)度為 30_100mm，厚度為 5-20mmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其特征在于，所述加速腔的直徑為 20-100mm，長(zhǎng)度為 30-150mm,厚度為 5-20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其特征在于，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的后端與所述陰極相連，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極與該陰極間間隔0. 5-3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其特征在于，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極的制備材料為銅-鉻-稀土復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其特征在于，所述多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極還包括水冷卻系統(tǒng)，該水冷卻系統(tǒng)覆蓋在所述壓縮腔、所述穩(wěn)燃腔、所述導(dǎo)流腔和所述加速腔的外壁上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多腔室等離子發(fā)生器陽(yáng)極，其包括依次連接的壓縮腔、穩(wěn)燃腔、導(dǎo)流腔和加速腔，壓縮腔將陰極產(chǎn)生的等離子進(jìn)行壓縮，穩(wěn)燃腔可滿足所述等離子擴(kuò)張，導(dǎo)流腔為傳導(dǎo)電子和構(gòu)成良好的導(dǎo)電通路，加速腔為上開(kāi)口拋物線和下開(kāi)口拋物線構(gòu)成的雙拋物線結(jié)構(gòu)，其壓縮段壓縮等離子，提高等離子體密度，其加速段降低等離子從陽(yáng)極前端噴口噴出的阻力，提高等離子噴射速度。本發(fā)明中的多腔室等離子器發(fā)生器陽(yáng)極不同于傳統(tǒng)等離子體發(fā)生器的陽(yáng)極所采用的先壓縮然后擴(kuò)散型噴嘴，根據(jù)等離子體的擴(kuò)展特性設(shè)計(jì)了獨(dú)特的多腔室陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)陽(yáng)極導(dǎo)電區(qū)域和電弧燃燒區(qū)域重合導(dǎo)致燒蝕速率過(guò)快引起陽(yáng)極壽命較短的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05H1/34GK102427654SQ20121000249
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者于寶成, 張志宏, 王華彬 申請(qǐng)人:武漢天和技術(shù)股份有限公司