CN115604898A - 多点式分布启弧阴极、加工方法及等离子发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多点式分布启弧阴极、加工方法及等离子发生器，包括如下步骤：在阴极本体上加工出供合金材料置入的安装区域；安装区域内凹于阴极本体的周面；安装区域内，沿径向开设通孔；通孔间隔阵列设置，阵列方向为阴极本体的轴向以及径向；安装区域外固定安装有金属保护套，用于将合金材料包裹住。本发明能实现多点式分布启弧，改变了传统阴极启弧后弧根重复集中在某一点或某局部区域的情况，增大了启弧接触面，进一步减少了启弧热量的集中，增加了启弧带宽，使烧蚀更加均匀，极大提高了阴极的使用寿命，延长了等离子发生器的使用寿命。

Description

多点式分布启弧阴极、加工方法及等离子发生器

技术领域

本发明涉及等离子发生器阴极结构技术领域，具体为多点式分布启弧阴极。

背景技术

由于等离子体可以在高温下提供高热通量和高活性物质热通量，已被广泛研究用于固体废弃物的无害化处理，目前等离子产品已不断向环保领域拓展。大功率等离子发生器大都包含如下部分：阴极组件、阳极组件、水冷/空冷***、气路***、电磁线圈等，其中阴极组件作为引弧的主要部件，其工作环境恶劣、需长时间在高温状态下运行，容易烧损，寿命短，实验表明，阴极的烧蚀，主要发生在电弧引燃的那一刻，随着功率增加，电流电压等的提高和频繁启弧等影响，更容易发生烧损，其对材料的选择、包括引弧位置和烧蚀带宽等都有较高要求，将直接影响阴极寿命，而阴极的寿命将直接影响等离子发生器整体的成本和运行效率。因此，如何在高电流强度下延长阴极的使用寿命，成为行业内等离子发生器研究的重要方向。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了多点式分布启弧阴极。

本发明提供如下技术方案：包括如下步骤：

在阴极本体上加工出供合金材料置入的安装区域；

安装区域内凹于阴极本体的周面；

安装区域内，沿径向开设通孔；

通孔间隔阵列设置，阵列方向为阴极本体的轴向以及径向；

安装区域外固定安装有金属保护套，用于将合金材料包裹住。

进一步，从阴极本体上切削掉一半的厚度，所形成的内凹面即为安装区域。

进一步，通孔沿径向的间隔角度为30°。

进一步，通孔沿轴向的间隔距离为烧蚀带宽的1/6。

进一步，合金材料包括如下材料制成：钨、石墨、白金、铜、银。

进一步，通孔直径为阴极内腔直径的1/8。

进一步，通孔深度为阴极壁厚的1/2。

一种多点式分布起弧阴极，采用了上述的多点式分布启弧阴极的加工方法加工而得

一种等离子发生器，功率大于等于200kw，使用了上述的多点式分布起弧阴极。

与现有技术相比，本发明能实现多点式分布启弧，改变了传统阴极启弧后弧根重复集中在某一点或某局部区域的情况，增大了启弧接触面，进一步减少了启弧热量的集中，增加了启弧带宽，使烧蚀更加均匀，极大提高了阴极的使用寿命，延长了等离子发生器的使用寿命，而阴极组件作为等离子发生器的主要部件，长期来看，阴极寿命的提高直接降低了等离子发生器整体的制造和运行成本，同时提高了运行效率，与传统阴极相比，所述的多点式分布启弧阴极易于制造、安全可靠、降本增效，具有较大的市场竞争力。

附图说明

图1是本发明的多点式分布启弧阴极内部结构示意图；

图2是本发明的多点式分布启弧阴极剖面右视图；

图中：1-阴极本体，2-半环形金属保护套，3-内嵌合金材料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，阴极本体1一般采用紫铜等具有较好导电性能的金属材料，环状均布的合金材料3的直径和数量，是根据设备运行参数、功率、阴极本体1烧蚀带宽长度、内腔直径和壁厚，并考虑阴极发热量和散热量所确定。

合金材料3直径为阴极内腔直径的1/8，合金材料3长度为阴极壁厚的1/2，相互间隔环列于阴极本体内且沿纵向设置有多组。合金材料3在阴极本体1环状截面上间隔30°布置1组，纵向间距为烧蚀带宽的1/6布置1组，形成纵向环状多点均布。

在嵌入合金材料3之前，需在阴极本体1上加工若干通孔以便合金材料3嵌入，通孔直径和合金材料3直径名义尺寸相同，通孔数量即为合金材料3数量，通孔长度和合金材料3长度相同。加工通孔前，需在阴极本体1上根据所需嵌入合金材料3的长度和纵向布置的宽度，切削加工出直径为ФD，长度为L的圆柱面，需切削深度为阴极本体1壁厚的1/2，即图1中的H1＝1/2H2,再根据所需布置的合金材料3的直径和数量，加工出多个通孔，形成纵向环状多点均布的多排通孔，通过控制通孔和合金材料3的公差，加工合适尺寸合金材料3，嵌入阴极本体1内腔通孔，形成纵向环状多点均匀分布；根据导体尖端放电特性和所述合金材料的优良导电性能，引弧后根据合金材料的烧蚀深度，弧根会落在内嵌合金材料均布范围内，达到多点分布启弧目的，从而避免了弧根重复集中落在阴极内腔某一点或某局部区域范围，引起阴极局部高温甚至烧穿阴极问题，极大提高了阴极使用寿命。

如图2所示，内嵌合金材料3完成后，在合金材料3均布的地方，用两个半环形的金属保护套2在阴极本体1外层包住内嵌合金材料3，两个半环形金属保护套2采用对焊工艺，并且和阴极本体1两端倒角处焊接，与阴极本体1成为一体，实现完全密封，防止漏气。

所述的多点式分布启弧阴极，内嵌合金材料3包含但不仅限于钨、石墨、白金、铪、银等具有优良导电性、熔点高、耐热性高、发射特性高和蒸发速率低的合金材料；

所述的多点式分布启弧阴极，用在大功率(200kw以上)等离子发生器上，阴极外层带有电磁线圈，在线圈洛伦兹力影响***极内腔会形成烧蚀带宽；内嵌合金材料均布在烧蚀带宽范围内。

本实施例，应用的设备场景为，功率200kw(电流250A，电压768V-800V)至功率300kw(电流400，电压708V-757V)。在该场景下，进行如下设计，各项指标(发热量、散热量)能够维持正常的工作境况。如果功率再进一步提高，只需要进一步适应性调整各参数(合金材料3的相关参数)即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.多点式分布启弧阴极的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

在阴极本体上加工出供合金材料置入的安装区域；

安装区域内凹于阴极本体的周面；

安装区域内，沿径向开设通孔；

通孔间隔阵列设置，阵列方向为阴极本体的轴向以及径向；

安装区域外固定安装有金属保护套，用于将合金材料包裹住。

2.根据权利要求1所述的多点式分布启弧阴极的加工方法，其特征在于：从阴极本体上切削掉一半的厚度，所形成的内凹面即为安装区域。

3.根据权利要求1所述的多点式分布启弧阴极的加工方法，其特征在于：通孔沿径向的间隔角度为30°。

4.根据权利要求1或3所述的多点式分布启弧阴极的加工方法，其特征在于：通孔沿轴向的间隔距离为烧蚀带宽的1/6。

5.根据权利要求1所述的多点式分布启弧阴极的加工方法，其特征在于：合金材料包括如下材料制成：钨、石墨、白金、铜、银。

6.根据权利要求1所述的多点式分布启弧阴极的加工方法，其特征在于：通孔直径为阴极内腔直径的1/8。

7.根据权利要求1或6所述的多点式分布启弧阴极的加工方法，其特征在于：通孔深度为阴极壁厚的1/2。

8.一种多点式分布起弧阴极，其特征在于：采用了如权利要求1-7所述的多点式分布启弧阴极的加工方法加工而得。

9.一种等离子发生器，其特征在于：功率大于等于200kw，使用了权利要求8所述的多点式分布起弧阴极。

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