CN201134972Y - 一种交流等离子电弧加热器 - Google Patents
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Abstract
一种交流等离子电弧加热器包括六个电极、磁场线圈、进气环和混合室，六个电极在空间位置等分互成60°与混合室采用法兰连接形成星形结构，每个电极的根部各留有一个进气环，磁场线圈缠绕在电极的外部，六个电极分为两组，分别接工频交流电源A、B、C三相形成六个电弧。本实用新型采用三相交流电源作为供电电源，提高了电源利用率，降低了成本；采用六个电极组成的星形结构，形成由六个电弧组成的两组“星式”负载，在每个电极上承受较小电弧电流的情况下，实现加热器大功率运行，减少了加热器对电极的烧损，克服了气旋对流场参数的影响，实现了交流等离子电弧加热器大功率、大流量、高压、中低焓、长时间高效稳定运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种等离子电弧加热器，尤其涉及一种交流等离子电弧加热器，可以应用于飞行器气动热地面模拟试验或化工、冶炼、电力等领域。
背景技术
等离子电弧加热器是利用等离子电弧加热气体产生高温射流或流场，具有温度范围宽、能量集中的优点，温度调节范围几百到上万摄氏度可调，主要应用于飞行器气动热地面模拟试验，模拟飞行器在空中飞行所面临的高温热环境。等离子电弧加热器又称等离子电弧喷枪，其特有的高温性能还广泛应用于锅炉煤粉点火及稳燃、特种垃圾焚烧、有害废物处理、金属冶炼切割等工业领域。
目前国内外在飞行器气动热技术研究领域，主要是利用直流等离子电弧加热器，主要技术形式有管状式、长分段式、叠片式和磁稳式。其特点是其供电都是直流电源，建造成本较高，对电源的利用率低，一般对电源利用率只能达到50％左右。在工业应用领域，国产等离子电弧喷枪主要是直流热阴极型。交流等离子电弧加热器长期以来未得到广泛使用，主要是稳定运行的高压大功率交流等离子电弧加热器多项技术难题需要克服。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种交流等离子电弧加热器，采用三相交流电源供电，提高了电源利用率，降低了成本；
本实用新型进一步解决的技术问题是：由六个电极组成的星形结构，实现加热器大功率运行，减少了加热器对电极的烧损，克服了气旋对流场参数的影响，实现了交流等离子电弧加热器大功率、大流量、高压、中低焓、长时间高效稳定运行。
本实用新型的技术方案是：一种交流等离子电弧加热器包括：六个电极、磁场线圈、进气环和混合室，六个电极在空间位置等分互成60°，六个电极与混合室采用法兰连接形成星形结构，六个电极根部各留有一个进气环，磁场线圈缠绕在六个电极的外部，六个电极接两组三相交流电源形成六个等离子电弧。
所述的六个电极为管状，采用内外套夹层结构。
所述的混合室为中空圆形，采用内外套夹层结构。
所述的磁场线圈采用紫铜扁线或水冷紫铜管。
所述的三相交流电源供电电压为10KV。
本实用新型的工作原理是：工作气体经电极根部的进气环切向进入等离子电弧加热器的内部，交流电源将工作气体电离成等离子体，在电极的内表面形成一定速度分布的旋转气流，使等离子电弧稳定于电极的中心，等离子电弧的一端即弧根附着于电极的内表面，等离子电弧的另一端在旋转气流的轴向力作用下，拉向混合室的中心，形成星形负载回路。
本实用新型与现有技术相比的优点如下：
(1)本实用新型采用三相交流电源作为供电电源，提高了电源利用率，降低了成本。
(2)本实用新型通过采用六个电极组成的星形结构，形成由六个电弧组成的两组“星式”负载，在每个电极上承受较小电弧电流的情况下，实现加热器大功率运行，减少了加热器对电极的烧损，克服了气旋对流场参数的影响，实现了交流等离子电弧加热器大功率、大流量、高压、中低焓、长时间高效稳定运行。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为本实用新型40MW交流电弧加热器焓-压特性曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施范例对本实用新型进行详细地描述：
一种高压大功率交流等离子电弧加热器包括六个电极、磁场线圈、进气环和混合室，六个电极在空间位置等分互成60°与混合室采用法兰连接形成星形结构，六个电极采用完全相同的结构，在每个电极的根部各留有一个进气环，磁场线圈缠绕在每个电极的外部，六个电极工作时接两组三相交流电源。交流等离子电弧加热器工作时，工作气体经每个电极根部的进气环切向进入交流等离子电弧加热器的内部，三相交流电源将工作气体电离成等离子体，在每个电极的内表面形成一定速度分布的旋转气流，使等离子电弧稳定于电极的中心，等离子电弧的一端即弧根附着于电极的内表面，等离子体的另一端在旋转气流的轴向力作用下，拉向混合室的中心，形成星形负载回路，磁场线圈用来加速弧根按气流方向旋转，降低了弧根对电极的烧损，使交流等离子电弧加热器能够长时间稳定运行。
每个电极设计为管状，管内径和管长度主要根据电弧电流和气体流量的大小来确定，长度为200-800mm，直径为20-55mm，管壁厚为5-8mm，电极采用内外套夹层结构用于强制水冷，水压的大小视混合室压力大小而定，一般冷却水压力要高于混合室压力0.2MPa至0.5MPa左右，内外套夹层厚度为1-3mm，内套采用紫铜材料，外套采用不锈钢材料；混合室为中空圆形，采用内外套夹层结构用于强制水冷，水压的大小视混合室压力大小而定，一般冷却水压力要高于混合室压力0.2MPa至0.5MPa左右，内外套夹层厚度为1-3mm，内套采用紫铜材料，外套采用不锈钢材料；磁场线圈采用紫铜扁线或水冷紫铜管；三相交流电源的电压为10kV。
实施范例
如图1所示，一种交流等离子电弧加热器包括六个电极1、磁场线圈2、进气环4和混合室5，六个电极1的每个电极长度均为800mm，直径均为55mm，管壁厚均为6mm，内外夹套夹层厚度均为2mm，内套采用紫铜材料，外套采用不锈钢材料；混合室5为中空圆形，内外套夹层厚度为2mm，内套采用紫铜材料，外套采用不锈钢材料。六个电极1在空间位置均匀布置互成60°与混合室5采用法兰连接形成星形结构，电极根部各留有一个进气环4，磁场线圈2缠绕在六个电极1的外部，六个电极1分别接两组三相交流电源形成六个等离子电弧3，三相交流电源的电压为10KV，该种结构的交流等离子电弧加热器最大电弧功率约为40MW，每个电极的最大电弧电流为1500A，最高弧室压力为10MPa，具体焓-压特性见图2。
Claims (8)
1、一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：包括六个电极(1)、磁场线圈(2)、进气环(4)和混合室(5)，六个电极(1)在空间位置等分相互成60°与混合室(5)采用法兰连接形成星形结构，六个电极(1)根部各留有一个进气环(4)，磁场线圈(2)缠绕在六个电极(1)的外部，六个电极(1)分别接两组三相交流电源形成六个等离子电弧(3)。
2、根据权利要求1所述的一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：所述的六个电极(1)为管状，内外套夹层结构。
3、根据权利要求2所述的一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：所述的六个电极(1)的内套采用紫铜材料，外套采用不锈钢材料，夹层厚度为1-3mm。
4、根据权利要求1或2所述的一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：所述的六个电极(1)其长度为200-800mm，直径为20-55mm，管壁厚为5-8mm。
5、根据权利要求1所述的一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：所述的混合室(5)为中空圆形，内外套夹层结构。
6、根据权利要求5所述的一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：所述的混合室(5)的内套采用紫铜材料，外套采用不锈钢材料，夹层厚度为1-3mm。
7、根据权利要求1所述的一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：所述的磁场线圈(2)采用紫铜扁线或水冷紫铜管。
8、根据权利要求1所述的一种交流等离子电弧加热器，其特征在于：所述的三相交流电源供电电压为10KV。
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