本發(fā)明涉及層流等離子發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
等離子態(tài)是物質(zhì)的第四態(tài)，宇宙中幾乎99﹪的物質(zhì)（不包括尚未確認(rèn)的暗物質(zhì)）都處于等離子態(tài)。等離子體射流與一般流體在流動特征上有相似性，具有兩種流動狀態(tài)：層流與湍流。對某一指定流體，當(dāng)其流速小于一特定值時，流體作有規(guī)則的層狀或流束狀運動，流體質(zhì)點沒有橫向運動，質(zhì)點間互不干擾地前進，這種流動形式叫層流；當(dāng)流體流速大于該值時，流體有規(guī)則的運動遭到破壞，質(zhì)點除了主要的縱向運動外還有附加的橫向運動，流體質(zhì)點交錯混亂地前進，這種流動形式叫湍流。
等離子體其溫度分布范圍則從10 K的低溫到核聚變等離子體的 10億K超高溫并擁有一系列獨特性質(zhì)，使等離子體在納米材料生產(chǎn)、新材料合成、熱加工制造、冶煉、鉆探、煤化工、垃圾廢物處理、材料表面處理、電子、新能源、軍事、航空航天等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
在等離子體高溫?zé)嵩捶矫?，目前?yīng)用十分廣泛的電弧等離子體射流絕大部分采用湍流形態(tài)工作，這是由現(xiàn)有湍流電弧等離子體射流發(fā)生器技術(shù)和工作原理決定的。電弧等離子發(fā)生器分為層流和湍流兩種，其關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計。
近幾十年來，等離子體發(fā)生器的研制及等離子診斷技術(shù)的開發(fā)均取得了巨大的進展，并且等離子體研制與開發(fā)的重點已不再局限與航天航空方面的應(yīng)用，而是更多地轉(zhuǎn)向機械、化工、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門的應(yīng)用，特別是在材料加工與新材料研制方面的應(yīng)用。對于工業(yè)生產(chǎn)性的應(yīng)用，要求等離子體發(fā)生器有較長的壽命和較高的效率。然而在實際工程應(yīng)用中，等離子體流呈現(xiàn)復(fù)雜的流動狀況，特別是大尺寸、大流量、大功率的工業(yè)等離子體裝置中則通常為湍流流動。
因此，在工業(yè)應(yīng)用中，希望等離子體射流穩(wěn)定地維持在層流狀態(tài)，這就需要把握等離子體在發(fā)生器中形成的各個環(huán)節(jié)，控制所有影響電弧穩(wěn)定性的擾動因素，克服等離子體射流的湍動性，才能產(chǎn)生出高溫區(qū)域長、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明型提供了一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的發(fā)明目的旨在于解決現(xiàn)有技術(shù)中等離子體流不穩(wěn)定，呈現(xiàn)湍流的現(xiàn)象，本發(fā)明的大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器，可以克服等離子體射流的湍動性，能夠產(chǎn)生出高溫區(qū)域長、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進氣密封結(jié)構(gòu)和陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護罩，所述進氣密封結(jié)構(gòu)包括進氣環(huán)、陰極連接柱和陽極固定座，所述陰極保護罩套在陰極連接柱上，且與陰極連接柱之間形成氣流通道，所述進氣環(huán)通過密封件套在陰極連接柱上，且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座內(nèi)；所述進氣環(huán)、陽極固定座、密封件和陰極保護罩形成工作氣腔，所述氣流通道與工作氣腔連通，連通處設(shè)置有單向閥，所述進氣環(huán)上設(shè)置有出氣口，所述出氣口出設(shè)置單向閥，工作氣體由氣流通道進入到工作氣腔內(nèi)，再經(jīng)進氣環(huán)的出氣口進入到電離腔內(nèi)進行電離。
所述工作氣腔內(nèi)設(shè)置有彈簧件，所述彈簧件一端固定在進氣環(huán)上，另一端固定在陽極固定座上。
所述陽極固定座上設(shè)置有與進氣環(huán)配合的滑動槽，所述進氣環(huán)在滑動槽內(nèi)滑動。
所述進氣環(huán)內(nèi)部設(shè)置有氣道，所述氣道沿進氣環(huán)徑向螺旋分布。
所述進氣環(huán)的外表面與電離腔接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層。
所述陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)還包括進水管和出水管，所述進水管設(shè)置在保護罩側(cè)壁內(nèi)部，所述出水管與進水管并列設(shè)置在保護罩側(cè)壁內(nèi)部；所述進水管的端部與出水管的端部連通。
所述進水管和出水管均沿保護罩軸向螺旋分布。
所述陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陽極外殼、陽極頭、電弧通道和冷卻水管，所述冷卻水管貫穿陽極外殼、陽極頭和電弧通道，且設(shè)置在陽極外殼、陽極頭和電弧通道側(cè)壁的內(nèi)部。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來的有益的技術(shù)效果表現(xiàn)在：
1、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)層流等離子高弧壓、小電流的工作模式，結(jié)構(gòu)相對較為合理，能夠形成層流等離子射流。本發(fā)明中陽極部分和陰極部分的分布，陰極電離腔的形成，有助于穩(wěn)定等離子射流。本發(fā)明的層流電弧等離子體束發(fā)生器產(chǎn)生的射流性能優(yōu)異，不能可以長時間穩(wěn)定運行，而且產(chǎn)生的射流具有長度長、能量密度集中、軸向溫度梯度小、噪聲低、可控性好、可重復(fù)、精度高等突出優(yōu)點。
2、在陰極罩與陰極連接柱之間設(shè)置氣流通道，工作氣體從氣流通道進入到進氣環(huán)，在工作氣體輸送過程中，被陰極連接柱加熱，防止因電離腔內(nèi)溫度較高而形成較高氣壓，阻擋工作氣體輸送的現(xiàn)象，同時可以利用陰極連接柱的熱量，綜合利用資源。
3、本發(fā)明中工作氣腔的設(shè)置可以存儲一定量的工作氣體，同時在電離腔內(nèi)溫度較高時，氣壓增加，在進氣環(huán)出口的單向閥的作用下，電離腔內(nèi)的氣壓會擠壓進氣環(huán)向工作氣腔移動，而在工作氣腔與氣流通道之間的單向閥的作用下，工作氣腔密封，工作氣腔內(nèi)氣壓升高，可以調(diào)節(jié)電離腔內(nèi)氣體的氣壓，使得電離腔與工作腔內(nèi)的氣壓達到平衡，緩解由于電離腔內(nèi)溫度升高而與氣流通道內(nèi)的工作氣體形成的氣壓差，可以保證工作氣體的順利輸送，保證了層流等離子的穩(wěn)定性。
4、陽極固定座上設(shè)置滑動槽，使得進氣環(huán)可以在陽極固定座上滑動，從而達到調(diào)節(jié)電離腔和工作氣腔之間的氣壓平衡。
5、進氣環(huán)內(nèi)的螺旋氣道，可以存儲一定量的工作氣體，可以有效的利用陰極頭的溫度在工作氣體輸送過程中進行升溫，使其與電離腔內(nèi)的工作氣體溫度相近，防止電離腔內(nèi)對輸入的工作氣體的阻隔，提高了層流等離子射流的穩(wěn)定性。同時，螺旋式分布的工作氣體，其在壓縮的情況下，也在工作氣腔的情況下，能夠保證在存在氣壓差的情況下，仍能繼續(xù)順利輸送工作氣體。
6、陰極保護罩的冷卻密封結(jié)構(gòu)，一方面為了對陰極連接柱進行冷卻，另一方面可以降低保護罩的溫度，從而防止熱量傳遞到槍體底座和槍體的殼體上，防止對外界的影響，保證槍體的安全性能，本發(fā)明的保護罩分布兩個管道，進水管和出水管，進水管用于冷卻陰極連接柱，出水管用于冷卻保護罩。
7、本發(fā)明的陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)是通過一個冷卻水管貫穿整個陽極部分，冷卻水管貫穿陽極外殼、電弧通道和陽極頭，即對陽極外殼進行冷卻，防止陽極外殼溫度過高，對外界環(huán)境進行影響；又對電弧通道進行冷卻，可以穩(wěn)定層流等離子射流；還對陽極頭進行冷卻，可以延長陽極頭的使用壽命。
附圖說明
圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標(biāo)記：1、陰極保護罩，2、進氣環(huán)，3、陰極連接柱，4、陽極固定座，5、氣流通道，6、密封件，7、工作氣腔，8、單向閥，9、出氣口，10、電離腔，11、彈簧件，12、滑動槽，13、氣道，14、絕緣層，15、進水管，16、出水管，17、陽極外殼，18、陽極頭，19、電弧通道，20、冷卻水管。
具體實施方式
實施例1
作為本發(fā)明一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進氣密封結(jié)構(gòu)和陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護罩1，所述進氣密封結(jié)構(gòu)包括進氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環(huán)2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi)；所述進氣環(huán)2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進氣環(huán)2的出氣口9進入到電離腔10內(nèi)進行電離。
實施例2
作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進氣密封結(jié)構(gòu)和陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護罩1，所述進氣密封結(jié)構(gòu)包括進氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環(huán)2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi)；所述進氣環(huán)2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進氣環(huán)2的出氣口9進入到電離腔10內(nèi)進行電離；
所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環(huán)2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設(shè)置有與進氣環(huán)2配合的滑動槽12，所述進氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動。
實施例3
作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進氣密封結(jié)構(gòu)和陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護罩1，所述進氣密封結(jié)構(gòu)包括進氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環(huán)2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi)；所述進氣環(huán)2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進氣環(huán)2的出氣口9進入到電離腔10內(nèi)進行電離；
所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環(huán)2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設(shè)置有與進氣環(huán)2配合的滑動槽12，所述進氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動；所述進氣環(huán)2內(nèi)部設(shè)置有氣道13，所述氣道13沿進氣環(huán)2徑向螺旋分布；所述進氣環(huán)2的外表面與電離腔10接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層14。
實施例4
作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進氣密封結(jié)構(gòu)和陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護罩1，所述進氣密封結(jié)構(gòu)包括進氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環(huán)2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi)；所述進氣環(huán)2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進氣環(huán)2的出氣口9進入到電離腔10內(nèi)進行電離；
所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環(huán)2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設(shè)置有與進氣環(huán)2配合的滑動槽12，所述進氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動；所述進氣環(huán)2內(nèi)部設(shè)置有氣道13，所述氣道13沿進氣環(huán)2徑向螺旋分布；所述進氣環(huán)2的外表面與電離腔10接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層14；
所述陰極保護罩1密封結(jié)構(gòu)還包括進水管15和出水管16，所述進水管15設(shè)置在保護罩側(cè)壁內(nèi)部，所述出水管16與進水管15并列設(shè)置在保護罩側(cè)壁內(nèi)部；所述進水管15的端部與出水管16的端部連通；所述進水管15和出水管16均沿保護罩軸向螺旋分布。
實施例5
作為本發(fā)明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發(fā)生器的密封結(jié)構(gòu)，包括陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)、進氣密封結(jié)構(gòu)和陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)；所述陰極保護罩冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陰極保護罩1，所述進氣密封結(jié)構(gòu)包括進氣環(huán)2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環(huán)2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側(cè)設(shè)置在陽極固定座4內(nèi)；所述進氣環(huán)2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設(shè)置有單向閥8，所述進氣環(huán)2上設(shè)置有出氣口9，所述出氣口9出設(shè)置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內(nèi)，再經(jīng)進氣環(huán)2的出氣口9進入到電離腔10內(nèi)進行電離；
所述工作氣腔7內(nèi)設(shè)置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環(huán)2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設(shè)置有與進氣環(huán)2配合的滑動槽12，所述進氣環(huán)2在滑動槽12內(nèi)滑動；所述進氣環(huán)2內(nèi)部設(shè)置有氣道13，所述氣道13沿進氣環(huán)2徑向螺旋分布；所述進氣環(huán)2的外表面與電離腔10接觸的表面上設(shè)置有一層絕緣層14；
所述陰極保護罩1密封結(jié)構(gòu)還包括進水管15和出水管16，所述進水管15設(shè)置在保護罩側(cè)壁內(nèi)部，所述出水管16與進水管15并列設(shè)置在保護罩側(cè)壁內(nèi)部；所述進水管15的端部與出水管16的端部連通；所述進水管15和出水管16均沿保護罩軸向螺旋分布；
所述陽極冷卻密封結(jié)構(gòu)包括陽極外殼17、陽極頭18、電弧通道19和冷卻水管20，所述冷卻水管20貫穿陽極外殼17、陽極頭18和電弧通道19，且設(shè)置在陽極外殼17、陽極頭18和電弧通道19側(cè)壁的內(nèi)部。