[发明专利]一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管

说明书

本发明公开了一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，包含前电极喷管、后电极和环形绝缘件，前电极喷管沿轴向开设有一通孔，通孔包含喷管直段、若干级扩张段和喷管出口直段，若干级扩张段的扩张比逐级增大，若干级扩张段的扩张比小的一端端部与喷管直段一端直径相等并连接，若干级扩张段的扩张比大的一端端部与喷管出口直段的一端直径相等并连接，后电极的一端开有一沿轴向设置的盲孔，前电极喷管的一端和后电极的一端通过环形绝缘件绝缘连接，环形绝缘件上开有旋气入口。本发明增大了电弧烧蚀有效面积，提高电极寿命，同时等离子体射流比焓，射流平均温度也显著得到提高，大大增强了废弃物处理效果。

技术领域

本发明涉及一种电极喷管，特别是一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管。

背景技术

随着等离子体炬技术的应用和发展，等离子体技术已广泛进入实际应用领域，包括喷涂、切割、废弃物处理等行业。尤其是危险废弃物处理行业对等离子体炬提出了新的要求：大功率（300kW级以上），长寿命，高热效率，高稳定性。现有的空心电极电弧等离子体炬喷管结构一般采用直筒式结构或者具有台阶式直筒结构。电极寿命主要通过气旋和磁旋来提高。由于磁线圈笨重体积较大，增加了等离子体炬结构复杂程度，大大限制其大规模工业应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，提高电极寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种高功率热等离子体炬的多级扩张段电极喷管，其特征在于：包含前电极喷管、后电极和环形绝缘件，前电极喷管沿轴向开设有一通孔，通孔包含喷管直段、若干级扩张段和喷管出口直段，若干级扩张段的扩张比逐级增大，若干级扩张段的扩张比小的一端端部与喷管直段一端直径相等并连接，若干级扩张段的扩张比大的一端端部与喷管出口直段的一端直径相等并连接，后电极的一端开有一沿轴向设置的盲孔， 前电极喷管的一端和后电极的一端通过环形绝缘件绝缘连接，环形绝缘件上开有旋气入口。

进一步地，所述若干级扩张段为若干级首尾连接的圆台形通孔，相邻的两级圆台形通孔中上一级圆台形通孔的较大的一端直径与下一级圆台形通孔的较小的一端直径相等并且相互连接，并且下一级圆台形通孔的扩张比大于上一级圆台形通孔的扩张比，扩张比为圆台形通孔的较大一端直径与较小一端直径的比例。

进一步地，所述后电极的一端和前电极喷管的一端均设置有与环形绝缘件匹配的凹槽，环形绝缘件设置在凹槽内并且前电极喷管的一端与后电极的一端端部不接触，环形绝缘件的厚度大于凹槽的宽度，当环形绝缘件设置在凹槽内时，前电极喷管的一端与后电极的一端之间留有间隙。

进一步地，所述环形绝缘件上开有若干个旋气入口，每个旋气入口沿环形绝缘件的圆形截面的切线方向设置，旋气入口的两端分别贯穿环形绝缘件的内环面和外环面，其中旋气入口的内环面的端部与前电极喷管与后电极之间间隙位置对应，若干个旋气入口沿环形绝缘件的周向等间距分布并且每个旋气入口的切线延伸方向均沿同一顺时针或逆时针方向设置。

进一步地，所述后电极的盲孔的端部和前电极喷管的喷管直段的另一端端部均设置有圆弧倒角的气流导入切口。

进一步地，还包含冷却机构。

进一步地，所述冷却机构包含前电极喷管冷却机构和后电极冷却机构。

进一步地，所述前电极喷管冷却机构包含前电极喷管冷却管，前电极喷管冷却管套设在前电极喷管外侧并且前电极喷管冷却管的内径大于前电极喷管的外径，前电极喷管冷却管的一端与环形绝缘件直径匹配并且前电极喷管冷却管的一端端部与环形绝缘件的一侧侧面固定连接，前电极喷管冷却管的另一端端部设置有沿着垂直于轴线方向向前电极喷管冷却管的内侧延伸的挡板结构，挡板结构内壁内径位于前电极喷管另一端的内外径之间，挡板结构内壁与前电极喷管另一端端面固定连接，前电极喷管冷却管的一端下侧开有前电极冷却水进口，前电极喷管冷却管的另一端上侧开有前电极冷却水出口。