[发明专利]等离子发生器水冷阳极

说明书

等离子发生器水冷阳极,设电弧穿过中心孔的螺旋内阳极,其外表面开有轴向螺纹形成的N根并绕的螺旋水道,水道外套装外阳极。设轴向内侧含上、下回水槽的上、下端环座,并与内阳极轴向连为整体。外阳极外设密封的不锈钢外筒,与外阳极间为回水通道。发生器引弧后,进入中心孔的热源电弧与内圈导电并散热到螺旋水道,水再经下回水槽、回水上行通道二次冷却外阳极等后排出。压力冷水由进水管、进出水环座、上回水槽引入螺旋水道,冷水在螺旋齿槽内径向从内向外,轴向螺旋上升,散热面大大增加,再加上回水二次冷却,其冷却效果极佳。N根并绕,散热均匀。回水槽方便冷热水引入,引出,且可冷却两端环座。结构方便制造、安装和维护。可用于非转移等离子发生器,特别是大功率发生器。

(一)技术领域：等离子发生器水冷阳极,本发明涉及大功率(200KW以上)等离子发生器水冷阳极结构,属离子产生和火花隙类(H01T)。

(二)背景技术：

产生高温热源的等离子发生器包括如下部分:阴极组件、阳极组件、水冷系统、气压系统和水压系统等。其中阳极为圆筒形通电导体,当阴极和阳极通电后在阴极发射端产生电弧并发射,其阳极中心孔便是电弧通道。也可以说,阳极中心孔内电弧10A便是阳极内产生热量的唯一热源,阳极筒体仅起传导散热功能。现有空冷等离子发生器工作时,阳极中心孔电弧的热量仅由中心孔内壁径向从壁厚方向热传导和阳极筒体外表面散热,即它的散热面仅仅是筒体表面,显然散热能力不能满足大容量产品要求。即采用空冷则只能用于小容量(100KW以下)的等离子发生器。

随着大容量(200KW以上)等离子发生器的出现，显然必须采用外部强迫循环的水冷阳极。如果通过外加水泵在阳极筒体从上至下简单的通冷水冷却,其冷却效果也不能达到要求,仍会出现温度高、寿命短等。且随着容量的增大,一般有采用多级阳极结构,则必须开发适用多级中每一级的更优化的水冷阳极。

(三)发明内容：

本发明提供的等离子发生器水冷阳极，就是解决现有的空冷和一般水冷阳极温度高、寿命短,不能满足大功率等离子发生器的需要的问题。

技术方案如下：

等离子发生器水冷阳极，包括:带中心孔的圆筒形阳极,其特征是：

1)在带中心孔10的圆筒形阳极上,沿径向壁厚B范围内,设置一个螺旋内阳极1,螺旋内阳极外表面开有由轴向螺纹形成的周向均布N个上进水口2A和N个下出水口2B的螺旋水道2；在螺旋内阳极外表面的螺旋弧面1.3外,套装一个圆筒形的外阳极3；外阳极外周设一个不锈钢圆筒形的且上、下端密封的外筒7,外筒与外阳极间环状空间为回水上行通道7A；螺旋内阳极轴向上、下端分别设上、下端环座9、5,上、下端环座与螺旋内阳极内圈1A轴向连为一个整体；上、下端环座轴向内侧分别开上、下环状回水槽8、4；上、下环状回水槽分别与螺旋水道2上进水口2A、下出水口2B连通；与外部压力水系统连通的阳极进水管11、阳极出水管13通过进出水环座12分别与上环状回水槽8和回水上行通道7A连通；

2)上述螺旋水道2,包括:螺旋水道2同一水平圆面周向均布N个齿槽,对应轴向有并绕的N条螺旋水道2.1、2.2…2.N,N条螺旋水道上端口周向均布N个上进水口2A；N条螺旋水道下端口周向均布N个下出水口2B。

上述螺旋内阳极外表面的螺旋弧面1.3和外阳极两者间,其配合间隙不大于0.1mm。上述外阳极3内径D3大于上端环座9的最大外径D9。上述螺旋内阳极1、上端环座9、下端环座5材料均为紫铜。上述外阳极3材料为不锈钢。

本发明有益效果：

1)外部压力冷水从上方环形回水槽8进入螺旋水道2中,因螺纹齿槽有槽底和槽顶,压力水经过槽底便接触螺旋内阳极内圈1A外表面,流经槽顶时,便接触外阳极3内表面,因此压力水径向从螺纹内向外,轴向螺旋上升,致此流经路线及散热面大大增加。实现压力冷水在螺旋水道中进行热交换的一次内部冷却。因设计螺旋弧面1.3和外阳极3间配合间隙不大于0.1mm,这个紧度即能保证螺旋水道中轴向每齿中水不直接下漏,保持设计散热面,且维修拆卸外阳极也很方便。