[实用新型]一种阳极结构及具有该阳极结构的等离子发生器

说明书

技术领域

本实用新型属于等离子发生器领域，具体涉及一种阳极结构及具有该阳极结构的等离子发生器。

背景技术

等离子发生器在高温热源方面的应用已经十分广泛，尤其是电弧等离子体发生器。其一般结构包括阴极结构、阳极结构、电源系统、冷却水系统、压缩空气系统等。上述结构中，阳极结构主要包括引弧放电区、等离子压缩区、等离子喷射区，其中引弧放电区是等离子发生器的阴极结构与阳极结构向作用的核心区域，阴极头在此区域与阳极的前端相互作用引弧发电。阳极结构对于引弧发电的稳定性，以及阴极头的寿命都有着十分重要的影响，影响着等离子发生器的工作效率和运行成本。

在等离子发生器引弧发电时，根据等离子功率大小，一般有非接触式引弧和接触式引弧两种方式。非接触式引弧，即引弧发电过程中，阴极头引弧面与阳极引弧放电腔内壁不接触，这一方式通常适用于阴阳极间隙小，气压较低，等离子功率较小的等离子发生器。而对于等离子功率较大的等离子发生器，一般采用接触式引弧的方式，即引弧发电过程中，阴极结构的阴极头先与阳极结构的前端紧密接触，再后移一定的距离，增加引弧面与阳极放电腔内壁的间隙，这种结构通常适用于功率较大，气压较大的等离子发生器。接触式引弧虽然能获得较大功率的等离子，但由于阳极结构与阴极结构紧密接触，使得接触面前后的气体介质气压不平衡，接触面后端靠近阴极结构一侧的空气压力不断升高。而在等离子发生器的运行过程中，空气介质的压力对于引弧发电的稳定性有着十分重要的影响，必须控制空气介质的压力在规定的范围内。在现有技术中，通常通过改变阴极头的结构来改善阴极结构与阳极结构的接触情况，以此来改善接触面前后的空气介质压力，提升引弧发电的稳定性。

如图1～2所述的阳极结构是现有技术中为解决接触式引弧过程中接触面前后气压不平衡所做的一种改进方案，其中采用的技术手段是改变阴极头的表面结构，例如在阴极头前端开设有若干个通气槽，将引弧发射头设置成若干个引弧块，每个引弧块之间留有的空隙作为阴极头与阳极结构接触时的空气介质通道，平衡接触面前后的空气压力。这一改进方案在一定程度上使得阴极头与阳极接触时，接触面前后的空气介质能实现压力平衡，保证接触面前后的空气介质在规定的压力范围内，提升引弧发电的稳定性。但是，这种结构改变使阴极头与阳极结构的单面接触变成了多点接触或者多面接触，减小了阴极头引弧起电时与阳极的作用面积，加速了阴极头引弧面被氧化的速率，减少了阴极头的使用寿命，而且可能导致引弧功率和稳定性降低。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种阳极结构及具有该阳极结构的等离子发生器，其中通过在阳极结构引弧放电腔的前端上开设连通阳极结构后端等离子喷射腔的通孔，平衡接触式引弧过程中接触面前后空气介质的压力，从而大大提升引弧发电的稳定性，而且可以减小阴极头引弧面被氧化的速率提升阴极头的使用寿命。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供一种等离子发生器的阳极结构，其特征在于，所述阳极结构为中空筒体状，其内腔呈拉瓦尔喷管结构，内腔结构沿空气介质流动方向依次为引弧放电腔、等离子压缩腔和等离子喷射腔，其中，在所述引弧放电腔内周壁上沿周向开设有多个直接连通引弧放电腔和等离子喷射腔的中空孔道，作为接触引弧时平衡阴极与阳极接触面前后腔体空气介质压力的恒压孔。

作为本实用新型的进一步改进，在引弧放电腔内周壁上开设的恒压孔沿内周壁周向上均匀分布。

作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔一端开设在引弧放电腔内径最大的内周壁上，另一端开设在等离子喷射腔与等离子压缩腔的交界处的壁面上。

作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔的数量为10～16个。

作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔的径向截面形状为圆形。

作为本实用新型的进一步改进，所述恒压孔的孔径为2～4mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述引弧放电腔内周壁沿轴向的倾斜角度与阴极头引弧面沿轴向的倾斜角度一致，保证所述阳极结构的引弧放电腔的内周壁面能与阴极结构的引弧面匹配接触。

按照本实用新型的另一个方面，提供一种具有上述阳极结构的等离子发生器。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型的阳极结构中，通过在引弧放电腔与等离子喷射腔之间设置多个连通两腔室的恒压孔，从而可以平衡接触引弧时阴极与阳极接触面前后的空气介质压力，提升等离子发生器引弧放电的稳定性；