專利名稱：一種交流等離子電弧加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種等離子電弧加熱器，尤其涉及一種交流等離子電弧力口 熱器，可以應用于飛行器氣動熱地面模擬試驗或化工、冶煉、電力等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
等離子電弧加熱器是利用等離子電弧加熱氣體產(chǎn)生高溫射流或流場，具有 溫度范圍寬、能量集中的優(yōu)點，溫度調(diào)節(jié)范圍幾百到上萬攝氏度可調(diào)，主要應 用于飛行器氣動熱地面模擬試驗，模擬飛行器在空中飛行所面臨的高溫熱環(huán)境。 等離子電弧加熱器又稱等離子電弧噴槍，其特有的高溫性能還廣泛應用于鍋爐 煤粉點火及穩(wěn)燃、特種垃圾焚燒、有害廢物處理、金屬冶煉切割等工業(yè)領(lǐng)域。
目前國內(nèi)外在飛行器氣動熱技術(shù)研究領(lǐng)域，主要是利用直流等離子電弧加 熱器，主要技術(shù)形式有管狀式、長分段式、疊片式和磁穩(wěn)式。其特點是其供電 都是直流電源，建造成本較高，對電源的利用率低， 一般對電源利用率只能達
到50%左右。在工業(yè)應用領(lǐng)域，國產(chǎn)等離子電弧噴槍主要是直流熱陰極型。交 流等離子電弧加熱器長期以來未得到廣泛使用，主要是穩(wěn)定運行的高壓大功率 交流等離子電弧加熱器多項技術(shù)難題需要克服。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種交流等離 子電弧加熱器，采用三相交流電源供電，提高了電源利用率，降低了成本；
本實用新型進一步解決的技術(shù)問題是由六個電極組成的星形結(jié)構(gòu)，實現(xiàn) 加熱器大功率運行，減少了加熱器對電極的燒損，克服了氣旋對流場參數(shù)的影 響，實現(xiàn)了交流等離子電弧加熱器大功率、大流量、高壓、中低焓、長時間高 效穩(wěn)定運行。
本實用新型的技術(shù)方案是 一種交流等離子電弧加熱器包括六個電極、磁場線圏、進氣環(huán)和混合室，六個電極在空間位置等分互成60。，六個電極與混 合室釆用法蘭連接形成星形結(jié)構(gòu)，六個電極根部各留有一個進氣環(huán)，磁場線圈 纏繞在六個電極的外部，六個電極接兩組三相交流電源形成六個等離子電弧。
所述的六個電極為管狀，采用內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)。
所述的混合室為中空圓形，采用內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)。
所述的磁場線圈采用紫銅扁線或水冷紫銅管。
所述的三相交流電源供電電壓為10KV。
本實用新型的工作原理是工作氣體經(jīng)電極根部的進氣環(huán)切向進入等離子 電弧加熱器的內(nèi)部，交流電源將工作氣體電離成等離子體，在電極的內(nèi)表面形 成一定速度分布的旋轉(zhuǎn)氣流，使等離子電弧穩(wěn)定于電極的中心，等離子電弧的 一端即弧根附著于電極的內(nèi)表面，等離子電弧的另 一端在旋轉(zhuǎn)氣流的軸向力作 用下，拉向混合室的中心，形成星形負載回路。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點如下
(1 )本實用新型采用三相交流電源作為供電電源，提高了電源利用率，降 低了成本。
(2)本實用新型通過采用六個電極組成的星形結(jié)構(gòu)，形成由六個電弧組成 的兩組"星式"負載，在每個電極上承受較小電弧電流的情況下，實現(xiàn)加熱器 大功率運行，減少了加熱器對電極的燒損，克服了氣旋對流場參數(shù)的影響，實 現(xiàn)了交流等離子電弧加熱器大功率、大流量、高壓、中低焓、長時間高效穩(wěn)定 運行。

圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型40MW交流電弧加熱器焓-壓特性曲線圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施范例對本實用新型進行詳細地描述 一種高壓大功率交流等離子電弧加熱器包括六個電極、磁場線圏、進氣環(huán)和混合室，六個電極在空間位置等分互成60。與混合室采用法蘭連接形成星形結(jié) 構(gòu)，六個電極采用完全相同的結(jié)構(gòu)，在每個電極的根部各留有一個進氣環(huán)，磁 場線圏纏繞在每個電極的外部，六個電極工作時接兩組三相交流電源。交流等 離子電弧加熱器工作時，工作氣體經(jīng)每個電極根部的進氣環(huán)切向進入交流等離 子電弧加熱器的內(nèi)部，三相交流電源將工作氣體電離成等離子體，在每個電極 的內(nèi)表面形成一定速度分布的旋轉(zhuǎn)氣流，使等離子電弧穩(wěn)定于電極的中心，等 離子電弧的一端即弧根附著于電極的內(nèi)表面，等離子體的另一端在旋轉(zhuǎn)氣流的 軸向力作用下，拉向混合室的中心，形成星形負載回i 各，》茲場線圈用來加速弧 根按氣流方向旋轉(zhuǎn)，降低了弧根對電極的燒損，使交流等離子電弧加熱器能夠 長時間穩(wěn)定運行。
每個電極設(shè)計為管狀，管內(nèi)徑和管長度主要根據(jù)電弧電流和氣體流量的大 小來確定，長度為200-800mm,直徑為20-55mm,管壁厚為5-8mm,電極采 用內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)用于強制水冷，水壓的大小視混合室壓力大小而定， 一般冷 卻水壓力要高于混合室壓力0.2MPa至0.5MPa左右，內(nèi)外套夾層厚度為 1-3mm，內(nèi)套采用紫銅材料，外套采用不銹鋼材料；混合室為中空圓形，采用 內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)用于強制水冷，水壓的大小視混合室壓力大小而定， 一般冷卻 水壓力要高于混合室壓力0.2MPa至0.5MPa左右，內(nèi)外套夾層厚度為1-3mm， 內(nèi)套采用紫銅材料，外套采用不銹鋼材料；磁場線圏采用紫銅扁線或水冷紫銅 管；三相交流電源的電壓為10kV。
實施范例
如圖1所示， 一種交流等離子電弧加熱器包括六個電極1、磁場線圈2、進 氣環(huán)4和混合室5，六個電極1的每個電極長度均為800mm,直徑均為55mm， 管壁厚均為6mm，內(nèi)外夾套夾層厚度均為2mm，內(nèi)套釆用紫銅材料，外套采 用不銹鋼材料；混合室5為中空圓形，內(nèi)外套夾層厚度為2mm,內(nèi)套采用紫銅 材料，外套釆用不銹鋼材料。六個電極1在空間位置均勻布置互成60。與混合室 5采用法蘭連接形成星形結(jié)構(gòu)，電極根部各留有一個進氣環(huán)4, >磁場線圏2纏繞在六個電極1的外部，六個電極1分別接兩組三相交流電源形成六個等離子電
孤3，三相交流電源的電壓為10KV，該種結(jié)構(gòu)的交流等離子電弧加熱器最大電 弧功率約為40MW，每個電極的最大電弧電流為1500A,最高弧室壓力為 10MPa，具體焓-壓特性見圖2。
權(quán)利要求1、一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于包括六個電極(1)、磁場線圈(2)、進氣環(huán)(4)和混合室(5)，六個電極(1)在空間位置等分相互成60°與混合室(5)采用法蘭連接形成星形結(jié)構(gòu)，六個電極(1)根部各留有一個進氣環(huán)(3)，磁場線圈(2)纏繞在六個電極(1)的外部，六個電極(1)分別接兩組三相交流電源形成六個等離子電弧(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于所述 的六個電極(1 )為管狀，內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于所述 的六個電極(1)的內(nèi)套采用紫銅材料，外套采用不銹鋼材料，夾層厚度為 1-3mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于 所述的六個電極(1)其長度為200-800mm,直徑為20-55mm,管壁厚為 5-8mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于所述 的混合室(5)為中空圓形，內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于所述 的混合室(5)的內(nèi)套采用紫銅材料，外套采用不銹鋼材料，夾層厚度為1-3mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于所述 的磁場線圏(2)采用紫銅扁線或水冷紫銅管。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流等離子電弧加熱器，其特征在于所述 的三相交流電源供電電壓為10KV。
專利摘要一種交流等離子電弧加熱器包括六個電極、磁場線圈、進氣環(huán)和混合室，六個電極在空間位置等分互成60°與混合室采用法蘭連接形成星形結(jié)構(gòu)，每個電極的根部各留有一個進氣環(huán)，磁場線圈纏繞在電極的外部，六個電極分為兩組，分別接工頻交流電源A、B、C三相形成六個電弧。本實用新型采用三相交流電源作為供電電源，提高了電源利用率，降低了成本；采用六個電極組成的星形結(jié)構(gòu)，形成由六個電弧組成的兩組“星式”負載，在每個電極上承受較小電弧電流的情況下，實現(xiàn)加熱器大功率運行，減少了加熱器對電極的燒損，克服了氣旋對流場參數(shù)的影響，實現(xiàn)了交流等離子電弧加熱器大功率、大流量、高壓、中低焓、長時間高效穩(wěn)定運行。
文檔編號H05H1/34GK201134972SQ20072019050
公開日2008年10月15日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者董永暉, 峰 陳, 陳海群 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院