[发明专利]多腔室等离子发生器阳极

说明书

技术领域

本发明涉及等离子体应用领域，特别是涉及到一种多腔室等离子发生器阳极。

背景技术

目前，在科学技术和工业领域应用较多的电弧等离子体发生器又称电弧等离子体炬，或称等离子体喷枪，有时也称电弧加热器。它是一种能够产生定向等离子体射流的放电装置，已在等离子体化工、冶金、喷涂、喷焊、机械加工和气动热模拟实验等领域中得到广泛应用。大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的，近年来，随着世界性的能源紧张和等离子体技术的发展，锅炉等离子点火成为了国内外发展的最新技术，大幅度减少重油（天然气）的耗量，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，是高度环保和经济的锅炉的无油启动新技术。 

等离子发生器的核心是阴极和阳极，尤其是大功率的等离子发生器，由于阳极受活性工作气（氧、氯、空气）的侵蚀，经常会导致其寿命比阴极更短，影响发生器的正常使用。目前等离子体发生器阳极的连续寿命一般不超过200小时。阳极的烧蚀和电极材料及气流控制技术相关。从气流控制技术而言，现有的等离子体发生器阳极常采用喇叭状喷嘴，在起弧后，等离子体经过喷嘴前部的喉口压缩后，到达喇叭状喷嘴时快速喷出，这种结构会导致阳极斑点集中在喇叭口的内表面与喷口末端的交界面上，也即是导流区域和电弧烧蚀区域重合，由于交界面的表面积小，尽管采用空气或水等介质对整个阳极进行冷却，但由于电流密度较大，同时电弧会在阳极表面烧蚀形成绝缘层，影响阳极的导电能力，使等离子体工作稳定性差，很难避免对阳极喷嘴端面的烧蚀，这也是国内外等离子体发生器的阳极寿命一般在200小时以下的缘故。另外，这种阳极采用喇叭状喷嘴的结构，会使得阴极和阳极腔内等离子体的流场发生畸变，而使得漩涡场受到破坏，受到破坏的涡旋气流对等离子体的压缩不够，也会进一步加重对阳极的烧蚀。

从电极材料而言，现有电极材料主要使用紫铜，紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电导热器材。紫铜有良好的可加工性，可经冷热塑性加工制成各种半成品和成品。但使用结果表明紫铜的耐腐蚀性和抗电弧烧蚀能力较差，导致发生器阳极很容易烧蚀，是目前大功率发生器阳极寿命较低的原因之一。CuCr合金是指以Cu为基体，加入Cr和其它微量稀土合金元素形成的一系列合金。该合金在室温及600℃以下具有较高的机械强度和硬度。具有良好的导电、导热能力，具有优良的耐磨性和减磨性能，并具有抗高温氧化、耐烧蚀和加工性能好等特性，广泛应用于要求高硬度、高强度、高导电和导热的零件中。目前主要应用于制备电阻焊电极、触头材料、集成电路引线框架、电车及电力火车架空导线、电动工具的转向器、电工插头等。由于稀土在铜合金中固溶度小，具有晶粒细化，净化杂质的特点，因而添加稀土是获得高强度导电铜合金的有效办法之一。铜铬合金中加稀土形成的CuCrRe材料具有比铜更好的导电性、腐蚀性能和抗电弧烧蚀性能。

阳极的寿命与阳极斑点对阳极内表面导流区域的烧蚀速率密切相关，对于阳极的局部烧蚀，会导致整个阳极的寿命缩短。虽然现有的等离子体发生器中可以通过调节气流来调节阳极的烧蚀范围，但由于气流的精确调节比较复杂和困难，难以做到精确控制，过高或过低的气体压力都会影响到阳极的烧蚀位置，因此这种方法不能很好提升等离子体发生器的整体使用寿命。

在申请号为200910164214.1的专利申请中，是采用螺旋导电弹簧形成一个电磁压缩环,当螺旋导电弹簧通电后,产生磁场,起到压缩等离子电弧的作用, 但是，其缺乏稳燃腔、导流腔以及加速腔，提高阳极寿命有限。为此，新的抗烧蚀阳极的开发具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种多腔室等离子发生器阳极，其具有长寿命高稳定性的特点，用以解决现有等离子体发生装置使用寿命较短，输出功率不高的问题。