[发明专利]一种等离子炬装置及延长电极寿命的方法

权利要求书

1.一种延长电极使用寿命的方法，所用等离子炬装置包含阴电极、阴电极电磁线圈、中间电极、中间插入段绝缘体、插入段绝缘体、阳电极、阳电极电磁线圈和阳电极永磁体；所述中间电极和阴电极之间有中间插入段绝缘体；中间电极与阳电极之间有插入段绝缘体；所述阴电极的外部有阴电极电磁线圈；所述阳电极的外部设置有阳电极电磁线圈和阳电极永磁体；所述的阴电极为中空结构，阴电极的尾部设置有布风孔供气，气流沿阴电极轴线平行方向供入；阴电极电磁线圈位于阴电极的外部，阴电极中空区域的磁场强度可以通过控制电磁线圈实现；阴电极采用水冷冷却；所述的中间电极为中空结构，中间电极采用水冷冷却；所述中间电极和中间插入绝缘体之间有供气装置，供气装置设有多个供气孔，等离子炬载气通过供气孔切向进入并沿内壁面环形流动；所述中间插入段绝缘体和阴电极之间有供气装置；所述的插入段绝缘体为多级绝缘件，绝缘件的级数由等离子炬的功率决定；绝缘件外部采用水冷冷却，且绝缘件和相邻绝缘件之间有供气装置；插入段绝缘体和中间电极之间设置供气装置；所述的阳电极为铜电极，阳电极外设有阳电极电磁线圈和阳电极永磁体，在阳电极与阳电极电磁线圈和阳电极永磁体之间设置冷却装置；所述阳电极和插入段绝缘体之间设有供气装置；其特征在于：包括如下步骤：

1）开始启动时，在阴电极和中间电极之间形成电压差，两电极之间气体被击穿并形成电弧；

2）经1）形成稳定电弧后，在中间插入段绝缘体和中间电极之间的供气装置往电极之间供气，电离的高温等离子体气态往下游移动，阴电极和阳电极之间的气体被高度电离，处于活跃状态，在阴电极和阳电极电压差的作用下，两电极之间被完全击穿，引弧成功；

3）在阴电极外电磁线圈的作用下，阴电极内形成磁场，高电流的弧柱在电磁场的作用下旋转并稳定在中心区域，电弧旋转促使电弧柱的起点在阴电极内壁沿着环形轨迹移动，避免起点长时间对固定点的烧蚀；

4）在阳电极外电磁线圈的作用下，阳电极内形成磁场，高电流的弧柱在电磁场的作用下旋转并稳定在中心区域，电弧旋转促使电弧柱的起点在阳电极内壁沿着环形轨迹移动，避免起点长时间对固定点的烧蚀；

5）阴电极和阳电极之间电弧柱的起点由炬电极结构、阴电极外电磁线圈磁场强度、阴电极和中间插入段绝缘体之间的供气装置的供气强度决定，通过控制阴电极外电磁线圈磁场强度，电弧柱起点可以在径向移动；

6）阴电极和阳电极之间电弧柱在阳电极的落点位置由炬电极结构、阳电极外电磁线圈磁场强度、中间电极和插入段绝缘体之间的供气装置供气强度决定；供气强度气流速度和永磁体磁感应强度都对弧柱有牵引作用，通过控制永磁体上游电磁线圈磁场强度，可以改变弧柱的形状，以及作用在弧柱上的作用力，从而可以改变弧柱在阳电极上径向方向上的的落点；

7）经5）和6）所述的控制方式可以实现阴电极和阳电极之间的电弧柱在阴电极的起点和在阳电极的落点分别沿电极径向移动，保证了电弧柱起点和落点不再只是在单一线上移动，而是在一个一定范围的面上进行移动；

8）恒电流运行条件下，可以实现在改变某一参数控制阴电极和阳电极之间电弧柱起点向前或者向后移动式，控制系统相应的改变另一参数控制弧柱的落点相应地向前或者向后移动，进行补偿，从而实现电弧柱电压和炬运行功率的恒定；包括如下几个步骤：

在阴电极和阳电极之间形成电弧，在磁场的作用下电弧旋转；

增加气流的作用，弧在阴极的起点往左边移动，此时，相应地，弧柱在阳极的落点也会受到相应波动而不再固定在原先的点，通过调整气流速度和电磁线圈的磁感应强度，从而改变电弧的拽力；

同样地，减弱气流，弧柱在阴极的起点向右移动，此时相应地改变气流速度和电磁线圈的磁感应强度，从而改变电弧的拽力，维持弧柱长度，从而维持运行功率在小范围内波动；

9）在变电流运行条件下，改变电流之后，通过改变某一参数控制阴电极和阳电极之间电弧柱起点向前或者向后移动式，以及另一参数控制弧柱的落点相应地向前或者向后移动，改变起点和落点之间的距离，从而改变电压，对电流变化进行电压补偿，从而实现炬的恒功率运行；包括如下几个步骤：

在阴电极和阳电极之间形成电弧，在磁场的作用下电弧旋转；

增加弧柱电流强度，而维持弧在阴极上的起点位置不变，通过调整气流速度和电磁线圈的磁感应强度，从而改变电弧的拽力，相应地缩小弧柱在阴极起点和在阳极落点的距离，降低弧电压，从而维持运行功率在小范围内波动；

增加弧柱电流强度，同时改变气流作用，改变弧在阴极上的起点位置向右移动，通过调整气流速度和电磁线圈的磁感应强度，从而改变电弧的拽力，相应地缩小弧柱在阴极起点和在阳极落点的距离，且落点往右移动，维持运行功率在小范围内波动；

10）经过8）和9）的操作，可以实现恒功率运行条件下，电弧柱的起点和落点的规律性变动，从而延长电极使用寿命。

2.根据权利要求1所述的一种延长电极使用寿命的方法，其特征在于：所述的阴电极、中间电极和阳电极均为铜电极。