一种多电弧通道等离子体炬

技术领域

本发明属于等离子体炬技术领域，具体涉及一种多电弧通道等离子体炬。

背景技术

现有热等离子体炬一般采用单个电弧通道引弧产生等离子体的方式，即等离子体炬上有一个阴极和一个阳极，阴极电极与阳极电极之间有一定的间隙，通过具有电势差的阴极和阳极引弧放电，在单个电弧通道中产生等离子体，再通过外加气流将高密度等离子体吹出，产生高温。该技术广泛应用于切割、焊接、喷涂、冶金、材料、化工和废物处理等工业领域。

在现有单电弧通道等离子体炬的实际应用中，要实现大功率，必须增大电流，在大电流大功率的工况下，电极(尤其是阴极电极)很容易被烧蚀，使电极的使用寿命缩短，导致等离子体炬不能正常工作，因此需频繁更换电极，在使用过程中极为不便。同时，在单电弧通道等离子体炬产生的等离子体高温区域的面积较小，在某些领域需要大面积高温区时，难以实现同时均匀受热。

发明内容

本发明的目的是提供一种多电弧通道等离子体炬，解决了单通道热等离子体炬技术中电极易烧蚀需频繁更换及形成的高温区面积小的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种多电弧通道等离子体炬，包括筒状的阳极冷却组件，阳极冷却组件内套接开设多个电弧通道的阳极电极，阳极电极一端支撑连接绝缘管，绝缘管位于阳极冷却组件内，且与阳极冷却组件形成气流通道，绝缘管内壁套接阴极冷却组件，阴极冷却组件端部正对每个阳极电极电弧通道位置连接一个阴极电极，阳极电极连接一个阳极接线柱，多个阴极电极连接阴极接线柱。

阳极冷却组件包括外侧包覆管，外侧包覆管内依次同轴套接阳极出水管、阳极进水管，阳极出水管与阳极进水管之间形成阳极进水通道，外侧包覆管与阳极出水管之间形成阳极出水通道，阳极进水通道与阳极出水通道远离进水口的一端相通，阳极进水管一端内壁固定连接开设多个电弧通道的阳极电极，阳极进水管另一端内壁与绝缘管形成气流通道。

阳极电极通过开设旋气孔的刚性支撑结构支撑连接绝缘管。

阴极冷却组件包括嵌套于绝缘管内壁的阴极进水管，阴极进水管外同轴套接阴极出水管，阴极进水管与阴极出水管之间形成阴极出水通道，阴极出水管一端正对每个阳极电极电弧通道位置连接一个阴极电极，阴极进水管与阴极出水通道在靠近阴极电极的一端相通。

多个阴极电极连接一个多接头阴极导电座，多接头阴极导电座连接阴极接线柱。

本发明有益效果是：

该等离子体炬中设计多个阴极电极，同时相对应的设计有多个电弧通道的阳极电极，形成多电弧通道的结构，在运行过程中，多个电弧通道同时引弧放电产生等离子体弧。此结构在电压不变的情况下，由于采用多接头阴极导电座，可认为多个阴极电极并联，单个阴极电极所承受的电流及功率达到均分，而等离子体炬的总功率不变。此结构可增加电极的使用寿命，在炬的使用中，降低更换电极的操作频率。同时，多电弧通道的等离子体结构，形成了多个高温区域，从而增大了高温面积。

附图说明

图1是本发明一种多电弧通道等离子体炬轴测局部剖面示意图；

图2是本发明一种多电弧通道等离子体炬内剖面示意图；

图3是本发明的一种多电弧通道等离子体炬的阳极电极示意图；

图4是本发明的一种多电弧通道等离子体炬的阳极电极与阳极组件示意图；

图5是本发明一种多电弧通道等离子体炬的阴极电极与阴极冷却组件示意图；

图6是本发明一种多电弧通道等离子体炬阴极电极与多接头阴极导电座连接示意图；

图7是本发明一种多电弧通道等离子体炬的电路原理图；

图8是本发明一种多电弧通道等离子体炬的冷却水流向示意图；

图9是本发明一种多电弧通道等离子体炬的工作气气体流向示意图；

图10是本发明一种多电弧通道等离子体炬的电弧通道内剖示意图；

图11是单电弧通道等离子体炬结构的热区示意图；

图12是本发明的一种多电弧通道等离子体炬结构的热区示意图。

图中，1.阳极电极，2.阳极冷却组件，3.绝缘管，4.阴极冷却组件，5.阴极电极，6.阳极接线柱，7.阴极接线柱，8.阴极进水管，9.阴极出水管，10.多接头阴极导电座，11.阳极进水管，12.阳极出水管，13.外侧包覆管。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种多电弧通道等离子体炬，如图1及图2所示，包括筒状的阳极冷却组件2，阳极冷却组件2内套接开设多个电弧通道的阳极电极1，如图3所示，阳极冷却组件2能够对阳极电极1降温，阳极电极1一端通过开设旋气孔的刚性支撑结构支撑连接绝缘管3，能够使气体流通，绝缘管3位于阳极冷却组件2内，且与阳极冷却组件2形成气流通道，绝缘管3内壁套接阴极冷却组件4，阴极冷却组件4能够对阴极降温，阴极冷却组件4端部正对每个阳极电极1电弧通道位置连接一个阴极电极5，每个阴极电极5与相应位置阳极电极1在电弧通道内之间形成等离子体，阳极电极1连接一个阳极接线柱6，通过阳极接线柱6将阳极电极1与电源接通，多个阴极电极5连接阴极接线柱7，通过阴极接线柱7将阴极电极5与电源接通。

如图4所示，阳极冷却组件2包括外侧包覆管13，外侧包覆管13内依次同轴套接阳极出水管12、阳极进水管11，阳极出水管12与阳极进水管11之间形成阳极进水通道，外侧包覆管13与阳极出水管12之间形成阳极出水通道，阳极进水通道与阳极出水通道远离进水口的一端相通，阳极进水管11一端内壁固定连接开设多个电弧通道的阳极电极1，阳极进水管11另一端内壁与绝缘管3形成气流通道。

如图5所示，阴极冷却组件4包括嵌套于绝缘管3内壁的阴极进水管8，阴极进水管8外同轴套接阴极出水管9，阴极进水管8与阴极出水管9之间形成阴极出水通道，阴极出水管9一端正对每个阳极电极1电弧通道位置连接一个阴极电极5，阴极进水管8与阴极出水通道在靠近阴极电极5的一端相通。

如图6所示，多个阴极电极5连接一个多接头阴极导电座10，多接头阴极导电座10连接阴极接线柱7，能够实现多个阴极电极5的并联，如图7所示。

本发明一种多电弧通道等离子体炬通过控制器的使用原理为：

阴极接线柱7、阳极接线柱6接通电源后，多个阳极电极1和相应的阴极电极5形成的并联结构，等效电路如图7所示。

将阴极接线柱7、阳极接线柱6接通电源后，向阴极进水管8内(④所示通道)持续通入冷水，通过阴极出水通(⑤通道)道排出，对阴极电极5降温，向阳极进水通道(②通道)中通入冷水，通过阳极出水通道(③通道)排出，实现对阳极电极1降温，水流方向如图8所示。

气流方向如图9所示，经进气口①通道进入气流通道，再经开设旋气孔的刚性支撑结构支撑产生旋流气体，经阳极电极1和阴极电极5的电离后产生电弧，气体经过电弧通道后，经过电解产生高能量等离子体，从多电弧通道喷出等离子体弧，如图10所示。

单电弧通道等离子炬的功率为P＝UI,等离子体炬结构确定的情况下，电压U为定值，要产生大功率，则需要增大电流，但在大电流的工况下，单个电极(尤其是阴极电极)很容易被烧蚀，使阴极电极的使用寿命缩短，导致等离子体炬不能正常工作，需频繁更换阴极电极，在使用过程中极为不便。同时，在单电弧通道等离子体炬产生的等离子体高温区域的面积小，如图11所示，在某些领域需要大面积高温区时，难以实现此目的。

本发明的一种多电弧通道等离子体炬结构，通过在阳极电极增加多个电弧通道，同时相应的增加同等数量的阴极电极，同轴一一对应安装。本发明的多电弧通道等离子体炬尺寸确定的情况下，电压U为定值，输入电流I经n个电弧通道的并联电路，单个电弧通道的电流为

通过上述方式，本发明一种多电弧通道等离子体炬，该等离子体炬中设计多个阴极电极，同时相对应的设计有多个电弧通道的阳极电极，形成多电弧通道的结构，在运行过程中，多个电弧通道同时引弧放电产生等离子体弧。此结构在电压不变的情况下，由于采用多接头阴极导电座，可认为多个阴极电极并联，单个阴极电极所承受的电流及功率达到均分，而等离子体炬的总功率不变。此结构可增加电极的使用寿命，在炬的使用中，降低更换电极的操作频率。同时，多电弧通道的等离子体结构，形成了多个高温区域，从而增大了高温面积。