本實(shí)用新型涉及層流等離子發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)涉及一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器。

背景技術(shù)：

等離子態(tài)是物質(zhì)的第四態(tài)，宇宙中幾乎99﹪的物質(zhì)（不包括尚未確認(rèn)的暗物質(zhì)）都處于等離子態(tài)。等離子體射流與一般流體在流動(dòng)特征上有相似性，具有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流與湍流。對(duì)某一指定流體，當(dāng)其流速小于一特定值時(shí)，流體作有規(guī)則的層狀或流束狀運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有橫向運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)間互不干擾地前進(jìn)，這種流動(dòng)形式叫層流；當(dāng)流體流速大于該值時(shí)，流體有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)遭到破壞，質(zhì)點(diǎn)除了主要的縱向運(yùn)動(dòng)外還有附加的橫向運(yùn)動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)交錯(cuò)混亂地前進(jìn)，這種流動(dòng)形式叫湍流。

等離子體其溫度分布范圍則從10K的低溫到核聚變等離子體的10億K超高溫并擁有一系列獨(dú)特性質(zhì)，使等離子體在納米材料生產(chǎn)、新材料合成、熱加工制造、冶煉、鉆探、煤化工、垃圾廢物處理、材料表面處理、電子、新能源、軍事、航空航天等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

在等離子體高溫?zé)嵩捶矫?，目前?yīng)用十分廣泛的電弧等離子體射流絕大部分采用湍流形態(tài)工作，這是由現(xiàn)有湍流電弧等離子體射流發(fā)生器技術(shù)和工作原理決定的。電弧等離子發(fā)生器分為層流和湍流兩種，其關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

近幾十年來(lái)，等離子體發(fā)生器的研制及等離子診斷技術(shù)的開(kāi)發(fā)均取得了巨大的進(jìn)展，并且等離子體研制與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)已不再局限與航天航空方面的應(yīng)用，而是更多地轉(zhuǎn)向機(jī)械、化工、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用，特別是在材料加工與新材料研制方面的應(yīng)用。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)性的應(yīng)用，要求等離子體發(fā)生器有較長(zhǎng)的壽命和較高的效率。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中，等離子體流呈現(xiàn)復(fù)雜的流動(dòng)狀況，特別是大尺寸、大流量、大功率的工業(yè)等離子體裝置中則通常為湍流流動(dòng)。

因此，在工業(yè)應(yīng)用中，希望等離子體射流穩(wěn)定地維持在層流狀態(tài)，這就需要把握等離子體在發(fā)生器中形成的各個(gè)環(huán)節(jié)，控制所有影響電弧穩(wěn)定性的擾動(dòng)因素，克服等離子體射流的湍動(dòng)性，才能產(chǎn)生出高溫區(qū)域長(zhǎng)、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本實(shí)用新型型提供了一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，本實(shí)用新型的發(fā)明目的旨在于解決現(xiàn)有技術(shù)中等離子體流不穩(wěn)定，呈現(xiàn)湍流的現(xiàn)象，本實(shí)用新型的大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，可以克服等離子體射流的湍動(dòng)性，能夠產(chǎn)生出高溫區(qū)域長(zhǎng)、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，其特征在于：包括陰極部分和陽(yáng)極部分，所述陰極部分包括陰極保護(hù)罩、陰極連接柱、陰極頭和進(jìn)氣環(huán)；所述陰極保護(hù)罩的一端固定有底座，另一端設(shè)置有陽(yáng)極固定座，進(jìn)氣環(huán)設(shè)置在陽(yáng)極固定座內(nèi)，所述陰極保護(hù)罩與陰極連接柱之間設(shè)置有用于輸送工作氣體的氣流通道；所述進(jìn)氣環(huán)設(shè)置在陰極保護(hù)罩的一端，且套在陰極連接柱上，所述陰極連接軸與進(jìn)氣環(huán)通過(guò)密封件連接；所述陽(yáng)極固定座、進(jìn)氣環(huán)、密封件和陰極保護(hù)罩圍成工作氣腔，所述氣流通道與工作氣腔連通，工作氣體從氣流通道內(nèi)進(jìn)入工作氣腔然后通過(guò)進(jìn)氣環(huán)進(jìn)入電離腔；所述氣流通道與工作氣腔連通處設(shè)置有單向閥，所述進(jìn)氣環(huán)的出氣口出設(shè)置有單向閥。

所述工作氣腔內(nèi)設(shè)置有彈簧件，所述彈簧件一端固定在進(jìn)氣環(huán)上，另一端固定在陽(yáng)極固定座上。

所述陽(yáng)極固定座上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)配合的滑動(dòng)槽，所述進(jìn)氣環(huán)在滑動(dòng)槽內(nèi)滑動(dòng)。

所述進(jìn)氣環(huán)內(nèi)部設(shè)置有氣道，所述氣道沿進(jìn)氣環(huán)徑向螺旋分布。

所述進(jìn)氣環(huán)的外表面與電離腔接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所帶來(lái)的有益的技術(shù)效果表現(xiàn)在：

1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的層流電弧等離子體束發(fā)生器的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)層流等離子高弧壓、小電流的工作模式，結(jié)構(gòu)相對(duì)較為合理，能夠形成層流等離子射流。本實(shí)用新型中陽(yáng)極部分和陰極部分的分布，陰極電離腔的形成，有助于穩(wěn)定等離子射流。本實(shí)用新型的層流電弧等離子體束發(fā)生器產(chǎn)生的射流性能優(yōu)異，不能可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，而且產(chǎn)生的射流具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、能量密度集中、軸向溫度梯度小、噪聲低、可控性好、可重復(fù)、精度高等突出優(yōu)點(diǎn)。

2、在陰極罩與陰極連接柱之間設(shè)置氣流通道，工作氣體從氣流通道進(jìn)入到進(jìn)氣環(huán)，在工作氣體輸送過(guò)程中，被陰極連接柱加熱，防止因電離腔內(nèi)溫度較高而形成較高氣壓，阻擋工作氣體輸送的現(xiàn)象，同時(shí)可以利用陰極連接柱的熱量，綜合利用資源。

3、本實(shí)用新型中工作氣腔的設(shè)置可以存儲(chǔ)一定量的工作氣體，同時(shí)在電離腔內(nèi)溫度較高時(shí)，氣壓增加，在進(jìn)氣環(huán)出口的單向閥的作用下，電離腔內(nèi)的氣壓會(huì)擠壓進(jìn)氣環(huán)向工作氣腔移動(dòng)，而在工作氣腔與氣流通道之間的單向閥的作用下，工作氣腔密封，工作氣腔內(nèi)氣壓升高，可以調(diào)節(jié)電離腔內(nèi)氣體的氣壓，使得電離腔與工作腔內(nèi)的氣壓達(dá)到平衡，緩解由于電離腔內(nèi)溫度升高而與氣流通道內(nèi)的工作氣體形成的氣壓差，可以保證工作氣體的順利輸送，保證了層流等離子的穩(wěn)定性。

4、陽(yáng)極固定座上設(shè)置滑動(dòng)槽，使得進(jìn)氣環(huán)可以在陽(yáng)極固定座上滑動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電離腔和工作氣腔之間的氣壓平衡。

5、進(jìn)氣環(huán)內(nèi)的螺旋氣道，可以存儲(chǔ)一定量的工作氣體，可以有效的利用陰極頭的溫度在工作氣體輸送過(guò)程中進(jìn)行升溫，使其與電離腔內(nèi)的工作氣體溫度相近，防止電離腔內(nèi)對(duì)輸入的工作氣體的阻隔，提高了層流等離子射流的穩(wěn)定性。同時(shí)，螺旋式分布的工作氣體，其在壓縮的情況下，也在工作氣腔的情況下，能夠保證在存在氣壓差的情況下，仍能繼續(xù)順利輸送工作氣體。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記：1、陰極部分，2、陽(yáng)極部分，3、陰極保護(hù)罩，4、陰極連接柱，5、陰極頭，6、進(jìn)氣環(huán)，7、底座，8、陽(yáng)極固定座，9、氣流通道，10、密封件，11、工作氣腔，12、電離腔，13、單向閥，14、彈簧件，15、滑動(dòng)槽，16、氣道，17、絕緣層。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

作為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，包括陰極部分1和陽(yáng)極部分2，所述陰極部分1包括陰極保護(hù)罩3、陰極連接柱4、陰極頭5和進(jìn)氣環(huán)6；所述陰極保護(hù)罩3的一端固定有底座7，另一端設(shè)置有陽(yáng)極固定座8，進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陽(yáng)極固定座8內(nèi)，所述陰極保護(hù)罩3與陰極連接柱4之間設(shè)置有用于輸送工作氣體的氣流通道9；所述進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陰極保護(hù)罩3的一端，且套在陰極連接柱4上，所述陰極連接軸與進(jìn)氣環(huán)6通過(guò)密封件10連接；所述陽(yáng)極固定座8、進(jìn)氣環(huán)6、密封件10和陰極保護(hù)罩3圍成工作氣腔11，所述氣流通道9與工作氣腔11連通，工作氣體從氣流通道9內(nèi)進(jìn)入工作氣腔11然后通過(guò)進(jìn)氣環(huán)6進(jìn)入電離腔12；所述氣流通道9與工作氣腔11連通處設(shè)置有單向閥13，所述進(jìn)氣環(huán)6的出氣口出設(shè)置有單向閥13。

實(shí)施例2

作為本實(shí)用新型又一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，包括陰極部分1和陽(yáng)極部分2，所述陰極部分1包括陰極保護(hù)罩3、陰極連接柱4、陰極頭5和進(jìn)氣環(huán)6；所述陰極保護(hù)罩3的一端固定有底座7，另一端設(shè)置有陽(yáng)極固定座8，進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陽(yáng)極固定座8內(nèi)，所述陰極保護(hù)罩3與陰極連接柱4之間設(shè)置有用于輸送工作氣體的氣流通道9；所述進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陰極保護(hù)罩3的一端，且套在陰極連接柱4上，所述陰極連接軸與進(jìn)氣環(huán)6通過(guò)密封件10連接；所述陽(yáng)極固定座8、進(jìn)氣環(huán)6、密封件10和陰極保護(hù)罩3圍成工作氣腔11，所述氣流通道9與工作氣腔11連通，工作氣體從氣流通道9內(nèi)進(jìn)入工作氣腔11然后通過(guò)進(jìn)氣環(huán)6進(jìn)入電離腔12；所述氣流通道9與工作氣腔11連通處設(shè)置有單向閥13，所述進(jìn)氣環(huán)6的出氣口出設(shè)置有單向閥13；所述工作氣腔11內(nèi)設(shè)置有彈簧件14，所述彈簧件14一端固定在進(jìn)氣環(huán)6上，另一端固定在陽(yáng)極固定座8上。

實(shí)施例3

作為本實(shí)用新型又一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，包括陰極部分1和陽(yáng)極部分2，所述陰極部分1包括陰極保護(hù)罩3、陰極連接柱4、陰極頭5和進(jìn)氣環(huán)6；所述陰極保護(hù)罩3的一端固定有底座7，另一端設(shè)置有陽(yáng)極固定座8，進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陽(yáng)極固定座8內(nèi)，所述陰極保護(hù)罩3與陰極連接柱4之間設(shè)置有用于輸送工作氣體的氣流通道9；所述進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陰極保護(hù)罩3的一端，且套在陰極連接柱4上，所述陰極連接軸與進(jìn)氣環(huán)6通過(guò)密封件10連接；所述陽(yáng)極固定座8、進(jìn)氣環(huán)6、密封件10和陰極保護(hù)罩3圍成工作氣腔11，所述氣流通道9與工作氣腔11連通，工作氣體從氣流通道9內(nèi)進(jìn)入工作氣腔11然后通過(guò)進(jìn)氣環(huán)6進(jìn)入電離腔12；所述氣流通道9與工作氣腔11連通處設(shè)置有單向閥13，所述進(jìn)氣環(huán)6的出氣口出設(shè)置有單向閥13；所述工作氣腔11內(nèi)設(shè)置有彈簧件14，所述彈簧件14一端固定在進(jìn)氣環(huán)6上，另一端固定在陽(yáng)極固定座8上；所述陽(yáng)極固定座8上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)6配合的滑動(dòng)槽15，所述進(jìn)氣環(huán)6在滑動(dòng)槽15內(nèi)滑動(dòng)。

實(shí)施例4

作為本實(shí)用新型又一較佳實(shí)施例，參照說(shuō)明書(shū)附圖1，本實(shí)施例公開(kāi)了：

一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，包括陰極部分1和陽(yáng)極部分2，所述陰極部分1包括陰極保護(hù)罩3、陰極連接柱4、陰極頭5和進(jìn)氣環(huán)6；所述陰極保護(hù)罩3的一端固定有底座7，另一端設(shè)置有陽(yáng)極固定座8，進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陽(yáng)極固定座8內(nèi)，所述陰極保護(hù)罩3與陰極連接柱4之間設(shè)置有用于輸送工作氣體的氣流通道9；所述進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陰極保護(hù)罩3的一端，且套在陰極連接柱4上，所述陰極連接軸與進(jìn)氣環(huán)6通過(guò)密封件10連接；所述陽(yáng)極固定座8、進(jìn)氣環(huán)6、密封件10和陰極保護(hù)罩3圍成工作氣腔11，所述氣流通道9與工作氣腔11連通，工作氣體從氣流通道9內(nèi)進(jìn)入工作氣腔11然后通過(guò)進(jìn)氣環(huán)6進(jìn)入電離腔12；所述氣流通道9與工作氣腔11連通處設(shè)置有單向閥13，所述進(jìn)氣環(huán)6的出氣口出設(shè)置有單向閥13；所述工作氣腔11內(nèi)設(shè)置有彈簧件14，所述彈簧件14一端固定在進(jìn)氣環(huán)6上，另一端固定在陽(yáng)極固定座8上；所述陽(yáng)極固定座8上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)6配合的滑動(dòng)槽15，所述進(jìn)氣環(huán)6在滑動(dòng)槽15內(nèi)滑動(dòng)；所述進(jìn)氣環(huán)6內(nèi)部設(shè)置有氣道16，所述氣道16沿進(jìn)氣環(huán)6徑向螺旋分布。

實(shí)施例5

一種大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，包括陰極部分1和陽(yáng)極部分2，所述陰極部分1包括陰極保護(hù)罩3、陰極連接柱4、陰極頭5和進(jìn)氣環(huán)6；所述陰極保護(hù)罩3的一端固定有底座7，另一端設(shè)置有陽(yáng)極固定座8，進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陽(yáng)極固定座8內(nèi)，所述陰極保護(hù)罩3與陰極連接柱4之間設(shè)置有用于輸送工作氣體的氣流通道9；所述進(jìn)氣環(huán)6設(shè)置在陰極保護(hù)罩3的一端，且套在陰極連接柱4上，所述陰極連接軸與進(jìn)氣環(huán)6通過(guò)密封件10連接；所述陽(yáng)極固定座8、進(jìn)氣環(huán)6、密封件10和陰極保護(hù)罩3圍成工作氣腔11，所述氣流通道9與工作氣腔11連通，工作氣體從氣流通道9內(nèi)進(jìn)入工作氣腔11然后通過(guò)進(jìn)氣環(huán)6進(jìn)入電離腔12；所述氣流通道9與工作氣腔11連通處設(shè)置有單向閥13，所述進(jìn)氣環(huán)6的出氣口出設(shè)置有單向閥13；所述工作氣腔11內(nèi)設(shè)置有彈簧件14，所述彈簧件14一端固定在進(jìn)氣環(huán)6上，另一端固定在陽(yáng)極固定座8上；所述陽(yáng)極固定座8上設(shè)置有與進(jìn)氣環(huán)6配合的滑動(dòng)槽15，所述進(jìn)氣環(huán)6在滑動(dòng)槽15內(nèi)滑動(dòng)；所述進(jìn)氣環(huán)6內(nèi)部設(shè)置有氣道16，所述氣道16沿進(jìn)氣環(huán)6徑向螺旋分布；所述進(jìn)氣環(huán)6的外表面與電離腔12接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層17。