[发明专利]一种分散电弧提高发生器寿命的方法及电弧等离子体发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种分散电弧提高发生器寿命的方法及电弧等离子体发生器。

背景技术

直流非转移式电弧等离子体发生器在工业制造、科学探索、环境保护、医疗卫生、国防安全等广阔的领域已有数十年的应用和研究历史。电弧在电极表面贴附区的电流密度可能超过10⁸A/m²，这么高的电流密度导致电极烧蚀，缩短发生器使用寿命。同时，电极烧蚀产物的污染也限制了这类等离子体在精细组分材料的合成、风洞实验中材料热特性准确评估等领域的应用。因此，数十年来，各种减少电极烧蚀以提高等离子体发生器寿命的尝试从未间断。

工业应用上高效连续运转的大功率电弧等离子体发生器更需要高寿命低烧蚀的发生器。目前，在发生器在阴极和阳极之间夹入较长的中间段，拉大阴极与阳极之间的距离以提高电弧电压，使得在相同的电弧功率条件下降低电弧电流，以减少电极烧蚀。或同时采用多对电极组来分散电弧在电极表面的贴附，以降低贴附弧根的局域电流密度，减缓电极的局域恶性烧蚀。只是这种结构的热等离子体发生器结构复杂，维护耗费大，电源需要高电压设计。

发明内容

本发明的目的在于：针对直流非转移式电弧等离子体发生器阳极烧蚀问题，提出一种降低电弧等离子体发生器电极烧蚀的方法。

本发明提供一种分散电弧提高发生器寿命的方法，包括如下步骤：

第一步，外电压激发阴极和阳极间产生电弧；

第二步，电弧从阴极出发向阳极方向移动，经过约束和扩张结构通道，使电弧发生膨胀分散从而降低电弧电流密度；

第三步，电弧弧根贴附阳极。

进一步，所述扩张结构通道可为锥形，或流线型，或截面突扩结构。

本发明还提供一种电弧等离子体发生器，包括：

阴极；

阳极，沿电弧传输方向设置在所述阴极之后；

约束和扩张结构通道，设置在所述阴极和阳极之间，用于使电弧发生膨胀分散从而降低电弧电流密度，减少电弧贴服阳极时的电极烧蚀。

进一步，所述约束和扩张结构通道位于阳极，即阳极同时为约束和扩张结构通道。

进一步，所述阳极为开放的扩张结构。

进一步，所述阳极为带有调整等离子体射流流场的收缩通道结构。

进一步，所述约束和扩张结构通道为中间段。

进一步，所述中间段为悬浮安装。

进一步，还包括绝缘件，设置在所述中间段和所述阳极之间。

本发明的有益效果：

首先，通过扩张结构的设计，分散式电弧等离子体发生器使电弧在接近电极表面之前分散为低电流密度，降低电极烧蚀，提高了发生器寿命。

其次，可按照实际应用气体的种类和流量以及对等离子体射流流场参数的要求设计分散式电弧等离子体发生器扩张结构及其位置，扩展了此发生器的应用范围。

附图说明

图1阳极为约束和扩张结构通道的电弧等离子体发生器结构示意图；

图2阳极为约束-扩张-收缩结构通道的电弧等离子体发生器结构示意图；

图3中间段为约束和扩张结构通道的电弧等离子体发生器结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想是使电弧在远离阳极表面的通道中即分散为较低电流密度的状态，也就是使电弧放电气体膨胀。从发生器的电弧通道结构方面来说，电弧在贴附阳极之前流经小直径的约束通道和促使电弧膨胀分散的扩张结构通道，电弧膨胀分散，降低电弧在电极表面贴附区的电流密度，从而降低电极烧蚀，气动扩张结构通道的扩张半角在45度以内。

图1和2给出电弧等离子体发生器,包括阴极1，和约束和扩张结构通道2，同时约束和扩张结构通道2也为阳极。

其设置在所述阴极下游沿电弧传输方向，使电弧通过此通道后电流密度降低，不可重新集聚为高电流密度状态，减少电极烧蚀。

图1中阳极2开放的扩张结构，而图2中阳极带有调整等离子体射流流场的收缩通道结构，为约束-扩张-收缩结构。

图3给出了电弧等离子体发生器包括阴极1，中间段3，绝缘件4，阳极2。中间段3，为约束和扩张结构通道，沿电弧传输方向悬浮安装于阴极1下游，依次设置绝缘段4和阳极2。电弧从阴极1产生，电弧随着高能电子往阳极2方向传输，在通过中间段3的扩张结构时发生扩散，使电弧贴附到阳极2表面时电流密度降低，从而降低电弧对阳极的烧蚀。