CN106304593A - 一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，属于点火设备技术领域。包括层流等离子***和点火嘴，所述层流等离子***包括电源、层流等离子发生器和喷嘴，电源连接层流等离子发生器，喷嘴与层流等离子发生器为可拆卸式连接；所述点火嘴设置在待点火设备上，点火嘴包括壳体、点火极和导管，点火极设置在导管的前端，且导管伸向待点火设备内，壳体设在点火极和导管的外部；所述喷嘴与点火嘴的中心轴线重合。电弧通道、喷嘴和点火嘴三者的中心轴线重合，等离子沿着中心轴线方向射入，这种设计起到电弧引导的作用，简化点火步骤，降低点火难度，实现工作气体一次点火，同时保证层流电弧热等离子体射流的稳定性。

Description

一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置
技术领域
本发明涉及一种点火装置，尤其涉及一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，属于点火设备技术领域。
背景技术
在锅炉、燃烧器、工业炉、火炬、煤气放散***等许多场合都需要点火装置来可靠点燃火焰。现有的点火装置主要是电点火，利用高压电点火、电弧点火和电炽热等方式来引燃火焰。点火装置中的主要有电点火部分和其他辅助部分构成，电点火部分包含有电点火元件和电极，其中电点火元件通过电极产生电火花，引燃可燃混合气体，形成稳定的火焰，从而完成点火任务。但上述点火装置的电极部分处于点火火焰的高温之中，容易结碳、腐蚀损坏，高压导电杆和高压电缆可能会漏电，高温下容易变形断裂、腐蚀，因而可能造成点火失败，甚至造成点火***不能正常工作，同时现有的此类产品在点火控制、安装、可靠性、维修性和寿命等方面不同程度地存在不足之处。
国家知识产权局于2005年12月21日公开了一种公开号为CN2747478，专利名称为“激光点火器”的实用新型专利，该专利包括激光电源和激光发生器，还包括激光点火嘴，该激光点火嘴位于待点火的设备上，并伸入该设备内与可燃混合气体接触，所述激光发生器的激光射出端朝向激光点火嘴，发射的激光束的中心线与激光点火嘴的中心线在一条支线上。该发明利用激光能量点火，解决了电点火方式的电极在高温下腐蚀损坏，结炭，高压导电杆和高压电缆漏电，高温下容易变形断裂、腐蚀等问题。提高了点火的可靠性和点火***的寿命，点火过程简单，装置结构简单，有利于安装维护。适用于锅炉、燃烧器、工业炉、火炬等装置点燃火焰。但在该专利中，以激光为热源，成本高，热效率低（20%以下），单体功率小（10kw以下）。
发明内容
本发明旨在解决现有技术问题，而提出了一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置。在该装置中，电弧通道、喷嘴和点火嘴三者的中心轴线重合，层流等离子沿着中心轴线方向射入，这种设计起到电弧引导的作用，本设计简化点火步骤，降低点火难度，实现工作气体一次点火，同时保证层流电弧热等离子体射流的稳定性。
为了实现上述技术效果，提出如下的技术方案：
一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，包括层流等离子***和点火嘴，所述层流等离子***包括电源、层流等离子发生器和喷嘴，电源连接层流等离子发生器，喷嘴与层流等离子发生器为可拆卸式连接；所述点火嘴设置在待点火设备上，点火嘴包括壳体、点火极和导管，点火极设置在导管的前端，且导管伸向待点火设备内，壳体设在点火极和导管的外部；所述喷嘴与点火嘴的中心轴线重合。
优选的，所述层流等离子发生器包括阳极结构、阴极结构和多气膜冷却装置，所述阳极结构为中轴圆柱的阳极结构，且沿着阳极结构周围环形均匀分布有至少3个的阴极结构；阴极结构设置在底座上，底座内设有水、电、气通道；阳极结构与阴极结构之间设有绝缘层，且阳极结构与阴极结构之间形成电弧通道，电弧通道一端通向底座，电弧通道另一端通向喷嘴。
优选的，所述电弧通道设有外壳，外壳为金属合金碳化物材质。
优选的，所述电弧通道、喷嘴和点火嘴三者的中心轴线重合。
优选的，所述点火极与导管连接处涂有高温石墨防咬剂。
优选的，所述点火嘴内壁上设有陶瓷绝缘体。
本发明利用层流等离子***的工作原理为：
等离子态是物质的第四态，宇宙中几乎99%的物质（不包括尚未确认的暗物质）都处于等离子态。等离子体射流与一般流体一样，具有两种流动状态：层流与湍流。对某一指定流体，当其流速小于一特定值时，流体作有规则的层状或流束状运动，流体质点没有横向运动，质点间互不干扰地前进，这种流动形式叫层流；当流体流速大于该值时，流体有规则的运动遭到破坏，质点除了主要的纵向运动外还有附加的横向运动，流体质点交错混乱地前进，这种流动形式叫湍流。在层流等离子发生器内，在氩气、氮气、氦气、氢气或氨气的一种或任意两种以上的混合气体介质的保护下，层流电弧等离子体射流是经电弧加热后从等离子体发生器喷嘴喷出的高温高速束流，层流等离子体炬是非转移弧等离子体炬。
本发明利用气膜冷却装置的主要原理为：
从处于高温环境表面上的一个或者多个离散孔中引入二次气流（冷却气体或射流），以保护射入区域和下游区域的表面。
采用上述技术方案，带来的有益技术效果为：
1）在发明中，在该装置中，电弧通道、喷嘴和点火嘴三者的中心轴线重合，层流等离子沿着中心轴线方向射入，这种设计起到电弧引导的作用，本设计简化点火步骤，降低点火难度，实现工作气体一次点火，同时保证层流电弧热等离子体射流的稳定性，避免了工作气体波动或调节工作气体流量可能出现的断弧现象。
2）在发明中，层流等离子提供热源，电弧引导作用。由于层流等离子热量集中，离子弧稳定性好，没有电极熔耗，输出热量均匀，便于控制，这样使得点火区热量分布均匀；同时，层流等离子设备控制精度高，对点火区的控制方便，且均匀度好，应力分配更容易控制合理；层流等离子束为一种电离弧，比湍流等离子热量更集中，所以加热速度更快，能控制基体温度不致太高，避免引起喷嘴和点火嘴变形，这都是激光束、电子束和湍流等离子等加热速度无法比拟；
3）在发明中，层流等离子***中电源的设置，为层流等离子发生器供电；
4）在发明中，层流等离子***中喷嘴的设置，喷嘴对层流电弧等离子体进行机械压缩，用于稳定等离子体的流向并使其能量更为集中高效；
5）在发明中，层流等离子发生器中多气膜冷却装置的设置，减小传热梯度，抑制电级间击穿和异常放电；
6）在发明中，电弧通道外壳为金属合金碳化物材质，防止产生高阻内壳，加强抵御等离子体冲刷和溅射能力，这样可使等离子炬的无故障工作平均时间超过1500小时以上，而不需维护，在到达维护时间后，仅需进行简单的消耗件更换便又可投入使用，而且更换方便；
7）在发明中，点火极与导管连接处涂有高温石墨防咬剂，能有效的保护点火极与导管，防止断裂、结碳、腐蚀损坏等；
8）在发明中，点火嘴内壁设有陶瓷绝缘体，能有效的起保护作用，防止点火嘴断裂、结碳、腐蚀损坏等。
附图说明
图1 本发明结构示意图
图中：1、点火嘴，2、电源，3、层流等离子发生器，301、阳极结构，302、阴极结构，303、多气膜冷却装置，304、底座，305、电弧通道，4、喷嘴，5、壳体，6、点火极，7、导管，8、外壳，9、陶瓷绝缘体。
具体实施方式
下面通过对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，包括层流等离子***和点火嘴1，所述层流等离子***包括电源2、层流等离子发生器3和喷嘴4，电源2连接层流等离子发生器3，喷嘴4与层流等离子发生器3为可拆卸式连接；所述点火嘴1设置在待点火设备上，点火嘴1包括壳体5、点火极6和导管7，点火极6设置在导管7的前端，且导管7伸向待点火设备内，壳体5设在点火极6和导管7的外部；所述喷嘴4与点火嘴1的中心轴线重合。
实施例2
一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，包括层流等离子***和点火嘴1，所述层流等离子***包括电源2、层流等离子发生器3和喷嘴4，电源2连接层流等离子发生器3，喷嘴4与层流等离子发生器3为可拆卸式连接；所述点火嘴1设置在待点火设备上，点火嘴1包括壳体5、点火极6和导管7，点火极6设置在导管7的前端，且导管7伸向待点火设备内，壳体5设在点火极6和导管7的外部；所述喷嘴4与点火嘴1的中心轴线重合。
所述层流等离子发生器3包括阳极结构301、阴极结构302和多气膜冷却装置303，所述阳极结构301为中轴圆柱的阳极结构301，且沿着阳极结构301周围环形均匀分布有三个的阴极结构302；阴极结构302设置在底座304上，底座304内设有水、电、气通道；阳极结构301与阴极结构302之间设有绝缘层，且阳极结构301与阴极结构302之间形成电弧通道305，电弧通道305一端通向底座304，电弧通道305另一端通向喷嘴4。
实施例3
一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，包括层流等离子***和点火嘴1，所述层流等离子***包括电源2、层流等离子发生器3和喷嘴4，电源2连接层流等离子发生器3，喷嘴4与层流等离子发生器3为可拆卸式连接；所述点火嘴1设置在待点火设备上，点火嘴1包括壳体5、点火极6和导管7，点火极6设置在导管7的前端，且导管7伸向待点火设备内，壳体5设在点火极6和导管7的外部；所述喷嘴4与点火嘴1的中心轴线重合。
所述层流等离子发生器3包括阳极结构301、阴极结构302和多气膜冷却装置303，所述阳极结构301为中轴圆柱的阳极结构301，且沿着阳极结构301周围环形均匀分布有五个的阴极结构302；阴极结构302设置在底座304上，底座304内设有水、电、气通道；阳极结构301与阴极结构302之间设有绝缘层，且阳极结构301与阴极结构302之间形成电弧通道305，电弧通道305一端通向底座304，电弧通道305另一端通向喷嘴4。
实施例4
如图1所示：一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，包括层流等离子***和点火嘴1，所述层流等离子***包括电源2、层流等离子发生器3和喷嘴4，电源2连接层流等离子发生器3，喷嘴4与层流等离子发生器3为可拆卸式连接；所述点火嘴1设置在待点火设备上，点火嘴1包括壳体5、点火极6和导管7，点火极6设置在导管7的前端，且导管7伸向待点火设备内，壳体5设在点火极6和导管7的外部；所述喷嘴4与点火嘴1的中心轴线重合。
优选的，所述层流等离子发生器3包括阳极结构301、阴极结构302和多气膜冷却装置303，所述阳极结构301为中轴圆柱的阳极结构301，且沿着阳极结构301周围环形均匀分布有四个的阴极结构302；阴极结构302设置在底座304上，底座304内设有水、电、气通道；阳极结构301与阴极结构302之间设有绝缘层，且阳极结构301与阴极结构302之间形成电弧通道305，电弧通道305一端通向底座304，电弧通道305另一端通向喷嘴4。
所述电弧通道305设有外壳8，外壳8为金属合金碳化物材质。
所述电弧通道305、喷嘴4和点火嘴1三者的中心轴线重合。
所述点火极6与导管7连接处涂有高温石墨防咬剂。
所述点火嘴1内壁上设有陶瓷绝缘体9。
实施例5
一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，包括层流等离子***和点火嘴1，所述层流等离子***包括电源2、层流等离子发生器3和喷嘴4，电源2连接层流等离子发生器3，喷嘴4与层流等离子发生器3为可拆卸式连接；所述点火嘴1设置在待点火设备上，点火嘴1包括壳体5、点火极6和导管7，点火极6设置在导管7的前端，且导管7伸向待点火设备内，壳体5设在点火极6和导管7的外部；所述喷嘴4与点火嘴1的中心轴线重合。
优选的，所述层流等离子发生器3包括阳极结构301、阴极结构302和多气膜冷却装置303，所述阳极结构301为中轴圆柱的阳极结构301，且沿着阳极结构301周围环形均匀分布有五个的阴极结构302；阴极结构302设置在底座304上，底座304内设有水、电、气通道；阳极结构301与阴极结构302之间设有绝缘层，且阳极结构301与阴极结构302之间形成电弧通道305，电弧通道305一端通向底座304，电弧通道305另一端通向喷嘴4。
所述电弧通道305设有外壳8，外壳8为金属合金碳化物材质。
所述电弧通道305、喷嘴4和点火嘴1三者的中心轴线重合。
所述点火极6与导管7连接处涂有高温石墨防咬剂。
所述点火嘴1内壁上设有陶瓷绝缘体9。

Claims (6)

1.一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，其特征在于：包括层流等离子***和点火嘴（1），所述层流等离子***包括电源（2）、层流等离子发生器（3）和喷嘴（4），电源（2）连接层流等离子发生器（3），喷嘴（4）与层流等离子发生器（3）为可拆卸式连接；所述点火嘴（1）设置在待点火设备上，点火嘴（1）包括壳体（5）、点火极（6）和导管（7），点火极（6）设置在导管（7）的前端，且导管（7）伸向待点火设备内，壳体（5）设在点火极（6）和导管（7）的外部；所述喷嘴（4）与点火嘴（1）的中心轴线重合。
2.根据权利要求1所述一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，其特征在于：所述层流等离子发生器（3）包括阳极结构（301）、阴极结构（302）和多气膜冷却装置（303），所述阳极结构（301）为中轴圆柱的阳极结构（301），且沿着阳极结构（301）周围环形均匀分布有至少3个的阴极结构（302）；阴极结构（302）设置在底座（304）上，底座（304）内设有水、电、气通道；阳极结构（301）与阴极结构（302）之间设有绝缘层，且阳极结构（301）与阴极结构（302）之间形成电弧通道（305），电弧通道（305）一端通向底座（304），电弧通道（305）另一端通向喷嘴（4）。
3.根据权利要求2所述一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，其特征在于：所述电弧通道（305）设有外壳（8），外壳（8）为金属合金碳化物材质。
4.根据权利要求2或3所述一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，其特征在于：所述电弧通道（305）、喷嘴（4）和点火嘴（1）三者的中心轴线重合。
5.根据权利要求1所述一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，其特征在于：所述点火极（6）与导管（7）连接处涂有高温石墨防咬剂。
6.根据权利要求1所述一种利用层流等离子***的无冲击自适应触发点火装置，其特征在于：所述点火嘴（1）内壁上设有陶瓷绝缘体（9）。
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