CN110677974B - 等离子体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等离子体发生器，属于等离子体设备领域。上述等离子体发生器，主要包括阴极部分、引弧部分和阳极部分。其中引弧部分设置在阴极部分与阳极部分之间，用于在阳极部分与阴极部分之间引发电弧，电弧将工作气体进行电离产生等离子体，等离子体通过阳极部分喷出。阴极部分包括阴极座和阴极头；阴极座的座体包括冷却通道；阴极头与座体连接。通过进水口将冷却水通入到冷却通道中，冷却水在流经阴极头时带走一部分热量，从而使得阴极头能够被有效冷却；进而提高阴极头的使用寿命。另外，将引弧部分设置在阴极头和阳极本体之间，其能够在拉大阴阳极之间的距离提高弧压的同时，提高弧压的稳定性。

Description

等离子体发生器

技术领域

本发明涉及等离子体领域，具体而言，涉及一种等离子体发生器。

背景技术

相比于激光和电子束等高温热源，电弧等离子体发生器对使用环境要求低、运行维护成本低、不依赖于被处理对象，其产生的热等离子体射流温度高(最高温度超过10000摄氏度)，是一种廉价易得的高温热源。基于电弧等离子体发生器的优异特性，其产生的电弧等离子体射流已被广泛应用于喷涂、冶金、危废处理等领域。因此，各种不同类型的电弧等离子体发生器结构应运而生。然而，由于弧根电流密度较大，其产生的热量加速了电极的烧蚀速度；尤其是阴极头，其更加容易被烧蚀。因此，提供一种能够对阴极头进行有效冷却的等离子体发生器具有比较重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体发生器，其包括冷却通道，通过注入冷却水的方式能够对阴极头进行有效冷却。

本发明是这样实现的：

一种等离子体发生器，包括：

阴极部分，所述阴极部分包括阴极座和阴极头；所述阴极座包括座体，所述座体包括冷却通道，所述冷却通道包括进水口和出水口；所述阴极头与所述冷却通道的一端连接。

引弧部分，所述引弧部分包括引弧外壳和引弧环；所述引弧环设置在所述引弧外壳内，所述引弧环包括中部通孔，所述中部通孔沿所述引弧环的轴向延伸；所述引弧环包括相对设置的第一端面和第二端面。

所述引弧外壳与所述阴极座绝缘连接；所述引弧环的第一端面与所述阴极头相对间隔设置；以及阳极部分，所述阳极部分包括阳极外壳和阳极本体，所述阳极本体设置在所述阳极外壳内，并与所述阳极外壳连接；所述阳极本体包括电弧通道，所述电弧通道沿所述阳极本体的长度方向延伸。

所述阳极外壳与所述引弧外壳绝缘连接，所述阳极本体的阳极头与所述引弧环的第二端面相对间隔设置；所述电弧通道与所述中部通孔同轴设置。所述引弧外壳上设置有工作气体进气孔，所述工作气体进气孔设置在所述引弧环与所述阳极头之间，用于导入工作气体。

进一步，引弧外壳为圆筒状结构，包括同轴设置的内筒、连接环和外部法兰，内筒在外部法兰中，并与外部法兰同轴设置。内筒的外壁与外部法兰的内壁间隔设置，从而形成环形空间。内筒的一端通过连接环与外部法兰的一端连接，从而使得环形空间的一端封闭，另一端为环形的敞口。内筒、外部法兰及连接环围合形成环形槽。外部法兰与阳极外壳连接，外部法兰与阳极外壳之间设置有绝缘垫，绝缘垫将环形槽的敞口密封。连接法兰上连接有工作气体进气管，其沿连接法兰的径向延伸，并伸入到环形槽中。

内筒的内孔为阶梯孔，内孔中设置有定位凸台，所述定位凸台靠近阳极头设置；引弧环的第二端面与定位凸台抵接。内筒上设置有多个工作气体进气孔，工作气体进气孔沿内筒的切向延伸，并从内筒的外表面延伸至定位凸台的内表面。所述阳极头为圆锥形；所述电弧通道靠近所述阳极头的一端设置有倒角。

工作气体进入到环形槽中后，通过工作气体进气口进入到引弧环与阳极头的工作空间之间；并且由于工作气体的进气孔的轴线与内筒的半径垂直，其使得工作气体旋向进入到工作空间内并形成涡流。同时，由于阳极头为圆锥形，涡流能够围绕阳极头的端部旋转并在电场的作用下生成等离子体；等离子体沿阳极头的锥形面通过等离子体通道喷出。上述进气口的切向设计以及阳极头的锥形设计相互配合，其能够使得工作气体在工作空间内停留时间更长，从而充分反应生成更多的等离子体；并提高弧压的稳定性。

进一步，所述引弧环上设置有环形水槽，所述环形水槽沿所述引弧环的外圆周面延伸；所述引弧外壳将所述环形水槽封闭形成密闭的冷却空间；所述引弧外壳上还设置有引弧进水管和引弧出水管，所述引弧进水管和所述引弧出水管分别与所述冷却空间连通。

设置环形水槽后，通过向冷却空间内通入冷却水能够有效对引弧环进行冷却。

进一步，所述阴极座还包括端盖、内部水流管、阴极进水管及阴极出水管，所述端盖与所述冷却通道的一端密封连接，所述阴极头与所述冷却通道的另一端密封连接。所述内部水流管设置在所述冷却通道中，所述内部水流管与所述冷却通道的内壁间隔设置形成水流通道，所述内部水流管的一端与所述端盖密封连接，另一端延伸至所述阴极头处，并与所述阴极头间隔设置。所述阴极进水管与所述水流通道连通，所述阴极出水管与所述内部水流管连通。

通过给阴极进水管通入冷却水，冷却水沿内部水流管到达阴极头后对阴极后直接进行冷却；然后冷却水沿内部水流管外部与水流通道内部之间的通道回流到阴极出水管中，并通过阴极出水管排出。上述结构延长了冷却水在阴极部分内部的滞留时间，使得冷却水能够进行充分热交换，提高了冷却效率。

进一步；所述阴极头包括钨棒和安装座；所述安装座为筒状结构，包括安装筒；所述安装筒包括封闭端和开口端，所述封闭端为圆锥形，并延伸到所述冷却通道中，所述安装筒的外壁与所述冷却通道的内壁间隔设置。所述钨棒镶嵌在所述安装筒中，并与所述引弧环相对间隔设置。

由于钨棒其耐高温性能良好，以钨棒承受阴极弧根的高温；并以安装座良好的导热性能来冷却钨棒，从而避免阴极头因持续高温而快速烧蚀，提高阴极头的使用寿命。

上述安装筒的封闭端设计成圆锥形，即，安装筒位于冷却通道内的一端为圆锥形；该设计使得从内部水流管出来的冷却水能够沿封闭端的锥形面流到安装筒的与冷却通道之间的间隙中，从而有助于安装筒筒壁的散热。假如封闭端采用平面，内部水流管中的冷却水流到封闭端的平面上后，其自然向沿端面的半径方向扩散，进而朝阴极出水管的方向流动。此时，冷却水难以有效对安装筒和冷却通道的内部之间的区域进行冷却。

进一步，所述安装座还包括定位环，所述定位环与所述安装筒的一端固定连接。所述阴极部分还包括阴极固定套；所述座体靠近所述阴极头的一端设置有外螺纹段，所述阴极固定套包括端部挡环；所述阴极固定套套设在所述外螺纹段上并与所述外螺纹段螺纹连接，所述端部挡环与所述定位环抵接。

通过拧紧阴极固定套能够使得安装座与阴极座的冷却通道的端面紧密配合，防止冷却水泄漏。

进一步，所述阴极部分还包括绝缘套、锁紧环和连接筒，所述连接筒的一端与所述引弧外壳连接；所述绝缘套设置在所述连接筒中，所述锁紧环套设在所述连接筒上，用于固定所述绝缘套。所述座体部分嵌设在绝缘套中。

进一步，所述阴极部分还包括内螺纹环和锁紧螺母，所述内螺纹环被固定在所述绝缘套内；所述座体与所述内螺纹环螺纹连接。所述座体的包括外螺纹段，所述锁紧螺母与所述外螺纹段连接，并与所述绝缘套的端部抵接。

旋转阴极部分的座体，其在转动的同时能够相对于内螺纹环做轴向运动；从而能够调节阴极头与引弧部分及阳极部分的相对距离，进而能够调节弧压。

进一步；所述连接筒包括筒体和挡环，所述挡环设置在所述筒体的一端，所述挡环的外圆周面与所述筒体的内圆周面连接。所述绝缘套的内端与所述挡环抵接；所述座体的外圆周面与所述绝缘套的内圆周面密封配合；所述绝缘套的外圆周面上靠近所述挡环的一端设置有凹槽，所述挡环及所述筒体将所述凹槽围合成密闭的环形空间。所述绝缘套上设置有多个保护气进气孔，所述保护气进气孔沿所述绝缘套的切线方向延伸；所述连接筒上设置有保护气进气管，气体能够通过保护气进气管进入到所述环形空间内，并通过所述保护气进气孔进入到所述阴极头与所述引弧环之间。所述引弧环的第一端面设置有锥形凹部，所述阴极头的端部位于所述锥形凹部中，并与所述锥形凹部的底部间隔设置。

由于保护气进气孔垂直于绝缘套的直径方向，其使得保护气在阴极头与引弧环之间形成涡流；从而使得保护气能够将阴极头重复包围，并延长保护气在阴极头处的滞留时间，进而对阴极头形成有效保护。

进一步，阳极外壳包括阳极外筒和阳极法兰；外筒通过阳极法兰与引弧外壳连接；阳极本体设置在阳极外筒中，阳极本体的外端连接有环形板，环形板与阳极外筒的端部密封连接。阳极部分还包括圆筒状的隔水套；隔水套设置在阳极外筒内，并与阳极外筒的内壁间隔设置形成水流通道；隔水套的一端与阳极法兰的内边缘固定连接，另一端与环形板间隔设置。阳极本体嵌设在阳极外筒中，阳极本体上设置有螺旋槽，阳极部分还包括阳极进水管和阳极出水管；阳极进水管与螺旋槽连通，阳极出水管与水流通道连通；冷却水能够通过阳极进水管进入到螺旋槽中，并通过水流通道流到阳极出水管中。

冷却水进入到螺旋槽中后，其能够对阳极本体进行有效冷却；并且，其从螺旋槽出来后，并不是直接流入到阳极出水管，而是经过上述水流通道后再进入到阳极出水管。在水流速度一定的情况下，上述设计延长了冷却水在阳极部分内的滞留时间，从而能够进行充分的热交换；提高了冷却效率。

进一步，所述阳极本体的圆周表面上靠近阳极头处设置有进水槽，所述阳极本体的圆周面上靠近所述环形板的处设置有回水槽；所述阳极本体上设置有多个螺旋槽，所述螺旋槽的一端与所述进水槽连通，另一端与所述回水槽连通；所述回水槽与所述水流通道连通。

在阳极本体上设置多个螺旋槽，其能够使得进水槽与回水槽之间通过多个螺旋槽连通，形成多个水流通道；从而能够进一步提高冷却效率。

本发明提供的技术方案的有益效果包括：

本发明通过上述设计得到的等离子体发生器，使用时，阴极座与电源的负极连接，阳极本体与电源的负极连接；并通过工作气体进气孔将工作气体(氮气、氩气、空气或三者中的任意两种的混合气体)通入到引弧环与阳极头之间的间隙中。此时，在阳极本体与阴极头之间的电场作用下，工作气体放电产生等离子体；并且在气流的作用下通过电弧通道喷出。同时，通过进水口将冷却水通入到冷却通道中，冷却水在流经阴极头时带走一部分热量，从而使得阴极头能够被有效冷却；进而提高阴极头的使用寿命。另外，将引弧部分设置在阴极头和阳极本体之间，其能够在拉大阴阳极之间的距离提高弧压的同时，提高弧压的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的等离子体发生器在第一视角下的立体图；

图2是本发明实施方式提供的等离子体发生器在第二视角下的立体图；

图3是本发明实施方式提供的等离子体发生器沿阴极进水管及阴极部分的轴线的剖视图；

图4是本发明实施方式提供的图3中阴极部分的剖视图；

图5是本发明实施方式提供的图3中引弧部分的剖视图；

图6是本发明实施方式提供的图3中阳极部分剖视图；

图7是本发明实施方式提供的等离子体发生器沿保护气体进气管及阴极部分轴线的剖视图；

图8是本发明实施方式提供的等离子体发生器沿引弧进水管及阴极部分轴线的剖视图；

图9是本发明实施方式提供的等离子体发生器沿工作气体进气管及阴极部分轴线的剖视图；

图10是本发明实施方式提供的等离子体发生器沿阳极出水管及阴极部分轴线的剖视图；

图11是本发明实施方式提供的等离子体发生器沿阳极进水管及阴极部分轴线的剖视图；

图标：010-等离子体发生器；100-阴极部分；110-阴极座；111-端盖；112-座体；113-内部水流管；114-阴极进水管；115-阴极出水管；120-阴极头；121-钨棒；122-安装座；123-安装筒；124-定位环；130-阴极固定套；140-绝缘套；141-保护气进气孔；142-保护气体进气管；150-锁紧环；160-连接筒；161-筒体；162-连接法兰；163-挡环；170-内螺纹环；180-锁紧螺母；200-引弧部分；210-引弧外壳；211-内筒；2111-工作气体进气孔；212-连接环；213-外部法兰；214-环形槽；220-引弧环；221-环形水槽；230-引弧进水管；240-引弧出水管；250-绝缘垫；260-工作气体进气管；300-阳极部分；310-阳极外壳；311-阳极外筒；312-阳极法兰；313-隔水套；320-阳极本体；321-螺旋槽；322-进水槽；323-回水槽；324-阳极头；325-环形板；326-电弧通道；330-阳极进水管；340-阳极出水管。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参考图1、图2和图3，本实施例提供了一种等离子体发生器010，其整体大致为筒状的回转结构，主要包括阴极部分100、引弧部分200和阳极部分300。其中引弧部分200设置在阴极部分100与阳极部分300之间，用于在阳极部分300与阴极部分100之间引发电弧，电弧将工作气体进行电离产生等离子体，等离子体通过阳极部分300喷出。

请参考图3和图4，其中，阴极部分100包括阴极座110和阴极头120，阴极座110包括座体112和绝缘套140，座体112为阶梯状的筒状结构，其被固定连接在绝缘套140中，并通过绝缘套140与引弧部分200连接。座体112内部设置有冷却通道，冷却通道的进水口设置有阴极进水管114，冷却通道的出水口设置有阴极出水管115。阴极头120与座体112靠近引弧部分200的一端连接，并嵌设在冷却通道的一端。

请参考图3和图5，引弧部分200包括引弧外壳210和引弧环220，其中，引弧外壳210为圆形法兰结构，引弧环220嵌设在引弧外壳210内，引弧环220的中部设置有中部通孔，中部通孔的一端与阴极部分100的阴极头120相对间隔设置，另一端与阳极部分300相对间隔设置。

请参考图3和图6，阳极部分300包括阳极外壳310和阳极本体320，其中，阳极外壳310包括圆筒形的阳极外筒311和阳极法兰312，阳极法兰312与阳极外筒311固定连接，并与引弧外壳210通过螺栓连接。在引弧外壳210用于阳极法兰312之间还设置有绝缘垫250。阳极本体320为圆形杆状结构，阳极本体320嵌设在阳极外壳310内，并与阳极外壳310同轴设置。阳极外壳310的中部设置有电弧通道326，电弧通道沿阳极本体320的轴线贯穿整个阳极本体320。阳极本体320靠近引弧部分200的一端设置有锥形的阳极头324，阳极头324与引弧环220相对间隔设置。

将阴极部分100与电源的负极连接、阳极部分300与电源的阳极连接时，在阴极头120与阳极头324之间产生电场；当工作气体从引弧外壳210的工作气体进气孔2111进入到引弧环220与阳极头324之间时，工作气体在电场的作用下被电离产生等离子体；等离子体通过电弧通道喷出。

进一步，请继续参考图4，阴极座110包括还包括端盖111、绝缘套140、锁紧环150、连接筒160和内部水流管113，端盖111与座体112的一端连接，阴极头120与座体112的另一端连接，使得冷却通道的两端被封堵。绝缘套140为筒状，座体112的一部分嵌设在绝缘套140中。锁紧环150套设在座体112上，用于将座体112与绝缘套140进行锁定。端盖111上设置有阴极连接头，用于与电源的阴极连接。

具体地，为了将座体112固定在绝缘套140中，绝缘套140中设置了内螺纹环170，内螺纹环170与绝缘套140内孔中的凸台抵接；凸台限制了内螺纹环170的轴向运动。座体112与内螺纹环170螺纹连接，并且，座体112位于绝缘套140外部的部分设置有外螺纹段；外螺纹段上设置有锁紧螺母180，锁紧螺母180与绝缘套140的端部抵接，从而防止座体112从内螺纹环170中松脱。

当需要调节阴极头120与引弧环220之间距离时，先将锁紧螺栓松开，然后旋转座体112使得其在内螺纹环170中转动并轴向移动；当移动到预设位置时，将锁紧螺母180拧紧即可。

连接筒160包括筒体161和阴极法兰，阴极法兰与筒体161的一端固定连接，并通过螺栓与引弧部分200连接。绝缘套140嵌设在筒体161中；从而使得座体112与引弧部分200绝缘连接。

内部水流管113设置在冷却通道中，其一端与端盖111的内表面连接，另一端与阴极头120邻近间隔设置。内部水流管113的外径小于冷却通道的内径，使得内部水流管113与冷却通道的内部之间形成水流通道。阴极进水管114靠近端盖111设置，其穿过座体112的外壁及内部水流管113后与内部水流管113连通。阴极出水管115穿过座体112的外壁后与水流通道连通。冷却水进入到内部水流管113后朝靠近阴极头120的方向流动，流经阴极头120后，冷却水沿水流通道朝反方向回流，使得冷却水形成完整的流通通道。

由于结构的限制，阴极进水管114与阴极出水管115难以设置在座体112靠近阴极头120的一端；而整个阴极部分100最容易烧蚀的部位为阴极头120。上述设计，其不仅使得冷却水形成一个完整的流通通道；另外，其还能够使得冷却水首先到达阴极头120对阴极头120进行首先冷却，然后，在通过回流的方式对座体112本身进行冷却。

阴极头120包括安装座122及圆柱形的钨棒121，安装座122与座体112连接，并伸入到水流通道中，钨棒121安装在安装座122中。具体地，安装座122包括安装筒123和定位环124，定位环124与安装筒123的外壁固定连接。为了将安装座122与座体112进行固定，座体112靠近阴极头120的一端设置有螺纹，外螺纹段上套设有阴极固定套130。当阴极固定套130与座体112拧紧时，阴极固定套130端部的端部挡环163与安装座122的定位环124抵接，从而将安装座122固定在冷却通道中。并且，在定位环124和座体112的冷却通道端部均设置有倒角，使得定位环124与座体112的配合面能够紧密配合，防止冷却水泄露。

安装筒123包括封闭端和开口端，封闭端位于冷却通道中，开口端与引弧环220相对间隔设置；钨棒121通过开口端镶嵌在安装筒123中。并且，安装筒123的外径小于冷却通道的内径，并且安装筒123的封闭端为圆锥形。该设计安装筒123与冷却水的接触面积更大，并且，将安装筒123的封闭端设计成圆锥形后，从内部水流管113中出来的冷却水能够沿封闭端的锥形面流入到安装筒123与冷却通道内壁之间的环形间隙中；使得环形间隙中已有的温度较高的被强行挤出，从而有助于安装筒123筒壁的散热。

进一步，请继续参考图4，并配合参考图7，连接筒160还包括挡环163，挡环163与筒体161同轴设置，挡环163的外圆周面与筒体161的内圆周面连接。绝缘套140位于连接筒160内的一端与挡环163抵接，座体112的外圆周面与绝缘套140的内圆周面密封配合。绝缘套140的外圆周面上靠近挡环163的一端设置有凹槽，挡环163及筒体161将凹槽围合成密闭的环形空间。绝缘套140上设置有多个保护气进气孔141，保护气进气孔141沿绝缘套140的切线方向延伸；连接筒160上设置有保护气进气管，气体能够通过保护气进气管进入到环形空间内。阴极固定套130的外壁与绝缘套140的内壁间隙设置；保护气能够通过保护气进气孔141进入上述间隙之间，进而进入到阴极头120与引弧环220之间。引弧环220的靠近阴极头120的端面上设置有锥形凹部，阴极头120的端部位于锥形凹部中，并与锥形凹部的底部间隔设置。

上述结构使得绝缘套140不仅起到绝缘的作用，其与连接筒160配合形成用于容纳保护气的环形空间。保护气(惰性气体)通过保护气进气管进入到环形空间后，其通过均匀分布在绝缘套140上的保护气进气孔141进入到阴极头120与引弧环220之间。由于保护气进气孔141垂直于绝缘套140的直径方向，其使得保护气在阴极头120与引弧环220之间形成涡流；从而使得保护气能够将阴极头120重复包围，并延长保护气在阴极头120处的滞留时间，进而对阴极头120形成有效保护。

请继续参考图5，并参考图8和图9，引弧外壳210为圆筒状结构，包括同轴设置的内筒211、连接环212和外部法兰213，所述内筒211设置在所述外部法兰213中，所述内筒211的一端通过所述连接环212与所述外部法兰213的一端连接，使得所述内筒211、所述外部法兰213及所述连接环212围合形成环形槽214。引弧外壳210的结构也可以说是通过在一个圆形法兰的端面上开设环形槽形成的结构，而内筒211即为环型槽的内槽壁，连接环212即为环形槽214的槽底，外部法兰213及为环形槽的外槽壁。所述外部法兰213与所述阳极外壳310连接，所述外部法兰213与所述阳极外壳310之间设置有绝缘垫250，所述绝缘垫250将所述环形槽密封；所述外部法兰213上连接有工作气体进气管260，所述工作气体进气管260与所述环形槽连通。即，工作气体能够通过工作气体进气管260进入到的环形槽中。

内筒211内孔中设置有定位凸台，使得内孔成为阶梯孔；定位凸台靠近阳极头324设置；引弧环220的第二端面与定位凸台抵接。内筒211上均有设置有多个工作气体进气孔2111，工作气体进气孔2111沿内筒211的切向延伸，并从内筒211的外表面延伸至定位凸台的内表面。上述设计使得密封槽中的工作气体能够沿工作其它进气孔直接进入到引弧环220与阳极头324之间。并且，阳极头324为圆锥形；电弧通道靠近阳极头324的一端设置有倒角；引弧环220靠近阳极头324的一端为圆锥形。

工作气体先在环形槽内被储存，然后通过均有设置在内筒211上的工作气体进气孔2111进入到引弧环220与阳极头324之间；并且每个进气孔的气体的流动速率相等，方向均垂直于内筒211的直径方向；从而使得工作气体在引弧环220与阳极头324之间形成稳定均匀的涡流。并且，由于阳极头324与引弧环220均为圆锥形，其使得涡流使得工作气体从最外层逐渐向中心靠近，当移动到中心附近时被电离形成等离子体。

进一步，引弧环220上设置有环形水槽221，环形水槽221沿引弧环220的外圆周面延伸；引弧外壳210将环形水槽221封闭形成密闭的冷却空间。引弧外壳210上还设置有引弧进水管230和引弧出水管240，引弧进水管230和引弧出水管240分别与冷却空间连通。

请继续参考图6，并参考图10和图11，阳极外壳310包括阳极外筒311和阳极法兰312；外筒通过阳极法兰312与引弧外壳210连接。阳极本体320设置在阳极外筒311中，阳极本体320的外端连接有环形板325，环形板325与阳极外筒311的端部通过螺钉密封连接。阳极法兰312上设置有阳极连接头，用于与电源的阳极连接。

阳极部分300还包括圆筒状的隔水套313；隔水套313设置在阳极外筒311内，隔水套313的外圆周面与阳极外筒311的内壁间隔设置形成水流通道，隔水套313的内圆周面与阳极本体320的外圆周面贴合。隔水套313的一端与阳极法兰312的内边缘固定连接，另一端与环形板325间隔设置。阳极本体320上设置有螺旋槽321，阳极部分300还包括阳极进水管330和阳极出水管340。阳极进水管330与螺旋槽321连通，阳极出水管340与水流通道连通。冷却水能够通过阳极进水管330进入到螺旋槽321中，并通过水流通道流到阳极出水管340中。

冷却水进入到螺旋槽321中后，其能够对阳极本体320进行有效冷却；并且，其从螺旋槽321出来后，并不是直接流入到阳极出水管340，而是经过上述水流通道后再进入到阳极出水管340。在水流速度一定的情况下，上述设计延长了冷却水在阳极部分300内的滞留时间，从而能够进行充分的热交换；提高了冷却效率。

进一步，阳极本体320的圆周表面上靠近阳极头324处设置有沿圆周延伸的进水槽322；阳极本体320的圆周面上靠近环形板325的处设置有沿圆周延伸的回水槽。阳极本体320上均匀设置有多个螺旋槽321，螺旋槽321的一端与进水槽322连通，另一端与回水槽连通；回水槽与水流通道连通。

在阳极本体320上设置多个螺旋槽321，其能够使得进水槽322与回水槽323之间通过多个螺旋槽321连通，形成多个水流通道；从而能够进一步提高冷却效率。并且，上述设计使得冷却水先被缓存在进水槽322中，而多个螺旋槽321延伸到进水槽322和回水槽323中时，其在进水槽322的槽壁上形成多个均匀的进水口，在回水槽323的槽壁上形成多个均匀的出水口，从而使得整个阳极本体320被均匀冷却。

该电弧等离子体发生器010结构简单紧凑，在核心重要位置采用金属密封代替O型密封圈，提高了其对高温的承载能力，从而延长电弧等离子体发生器010的使用寿命，并有利于提高其工作热效率。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种等离子体发生器，其特征在于，包括：

阴极部分(100)，所述阴极部分(100)包括阴极座(110)和阴极头(120)；所述阴极座(110)包括座体(112)，所述座体(112)包括冷却通道，所述冷却通道包括进水口和出水口；所述阴极头(120)与所述座体(112)连接，并位于所述冷却通道的一端；

引弧部分(200)，所述引弧部分(200)包括引弧外壳(210)和引弧环(220)；所述引弧环(220)设置在所述引弧外壳(210)内，所述引弧环(220)包括中部通孔，所述中部通孔沿所述引弧环(220)的轴向延伸；所述引弧环(220)包括相对设置的第一端面和第二端面；

所述引弧外壳(210)与所述阴极座(110)绝缘连接；所述引弧环(220)的第一端面与所述阴极头(120)相对间隔设置；以及

阳极部分(300)，所述阳极部分(300)包括阳极外壳(310)和阳极本体(320)，所述阳极本体(320)设置在所述阳极外壳(310)内，并与所述阳极外壳(310)连接；所述阳极本体(320)包括电弧通道(326)，所述电弧通道沿所述阳极本体(320)的长度方向延伸；

所述阳极外壳(310)与所述引弧外壳(210)绝缘连接，所述阳极本体(320)的阳极头(324)与所述引弧环(220)的第二端面相对间隔设置；所述电弧通道与所述中部通孔同轴设置；

所述引弧外壳(210)上设置有工作气体进气孔(2111)，所述工作气体进气孔(2111)设置在所述引弧环(220)与所述阳极头(324)之间，用于导入工作气体；

所述引弧外壳(210)为圆筒状结构，包括同轴设置的内筒(211)、连接环(212)和外部法兰(213)，所述内筒(211)设置在所述外部法兰(213)中，所述内筒(211)的一端通过所述连接环(212)与所述外部法兰(213)的一端连接，使得所述内筒(211)、所述外部法兰(213)及所述连接环(212)围合形成环形槽；

所述外部法兰(213)与所述阳极外壳(310)连接，所述外部法兰(213)与所述阳极外壳(310)之间设置有绝缘垫(250)，所述绝缘垫(250)将所述环形槽密封；所述外部法兰(213)上连接有工作气体进气管(260)，所述工作气体进气管(260)与所述环形槽连通；

所述内筒(211)的内孔为阶梯孔，所述内孔中设置有定位凸台，所述定位凸台靠近所述阳极头(324)设置；所述引弧环(220)的第二端面与所述定位凸台抵接；

所述内筒(211)上设置有多个所述工作气体进气孔(2111)，所述工作气体进气孔(2111)沿所述内筒(211)的切向延伸，并从所述内筒(211)的外表面延伸至所述定位凸台的内表面；

所述阳极头(324)为圆锥形；所述电弧通道靠近所述阳极头(324)的一端设置有倒角；

所述阴极部分(100)还包括绝缘套(140)、锁紧环(150)和连接筒(160)，所述连接筒(160)的一端与所述引弧外壳(210)连接；所述绝缘套(140)设置在所述连接筒(160)中，所述锁紧环(150)套设在所述连接筒(160)上，用于固定所述绝缘套(140)；

所述座体(112)部分嵌设在绝缘套(140)中；

所述阴极部分(100)还包括内螺纹环(170)和锁紧螺母(180)，所述内螺纹环(170)被固定在所述绝缘套(140)内；所述座体(112)与所述内螺纹环(170)螺纹连接；

所述座体(112)的包括外螺纹段，所述锁紧螺母(180)与所述外螺纹段连接，并与所述绝缘套(140)的端部抵接；

绝缘套(140)中设置了内螺纹环（170），内螺纹环（170）与绝缘套内孔中的凸台抵接；凸台限制内螺纹环（170）的轴向运动；座体（112）与内螺纹环（170）螺纹连接，并且，座体（112）位于绝缘套（140）外部的部分设置有外螺纹段；外螺纹段上设置有锁紧螺母（180），锁紧螺母（180）与绝缘套（140）的端部抵接，从而防止座体（112）从内螺纹环（170）中松脱；当需要调节阴极头（120）与引弧环（220）之间距离时，先将锁紧螺栓松开，然后旋转座体使得其在内螺纹环（170）中转动并轴向移动；当移动到预设位置时，将锁紧螺母（180）拧紧即可；

所述连接筒(160)包括筒体(161)和挡环(163)，所述挡环(163)设置在所述筒体(161)的一端，所述挡环(163)的外圆周面与所述筒体(161)的内圆周面连接；

所述绝缘套(140)的内端与所述挡环(163)抵接；所述座体(112)的外圆周面与所述绝缘套(140)的内圆周面密封配合；所述绝缘套(140)的外圆周面上靠近所述挡环(163)的一端设置有凹槽，所述挡环(163)及所述筒体(161)将所述凹槽围合成密闭的环形空间；

所述绝缘套(140)上设置有多个保护气进气孔(141)，所述保护气进气孔(141)沿所述绝缘套(140)的切线方向延伸；所述连接筒(160)上设置有保护气进气管，气体能够通过保护气进气管进入到所述环形空间内，并通过所述保护气进气孔(141)进入到所述阴极头(120)与所述引弧环(220)之间；

所述引弧环(220)的第一端面设置有锥形凹部，所述阴极头(120)的端部位于所述锥形凹部中，并与所述锥形凹部的底部间隔设置;

所述阴极头(120)包括钨棒(121)和安装座(122)；

所述安装座(122)为筒状结构，包括安装筒(123)；所述安装筒(123)包括封闭端和开口端，所述封闭端为圆锥形，并延伸到所述冷却通道中，所述安装筒(123)的外壁与所述冷却通道的内壁间隔设置；

所述钨棒(121)镶嵌在所述安装筒(123)中，并与所述引弧环(220)相对间隔设置；

所述安装座(122)还包括定位环(124)，所述定位环(124)与所述安装筒(123)的一端固定连接；

所述阴极部分(100)还包括阴极固定套(130)；所述座体(112)靠近所述阴极头(120)的一端设置有外螺纹段，所述阴极固定套(130)包括端部挡环(163)；所述阴极固定套(130)套设在所述外螺纹段上并与所述外螺纹段螺纹连接，所述端部挡环(163)与所述定位环(124)抵接。

2.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述引弧环(220)上设置有环形水槽(221)，所述环形水槽(221)沿所述引弧环(220)的外圆周面延伸；所述引弧外壳(210)将所述环形水槽(221)封闭形成密闭的冷却空间；

所述引弧外壳(210)上还设置有引弧进水管(230)和引弧出水管(240)，所述引弧进水管(230)和所述引弧出水管(240)分别与所述冷却空间连通。

3.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述阴极座(110)还包括端盖(111)、内部水流管(113)、阴极进水管(114)及阴极出水管(115)，所述端盖(111)与所述冷却通道的一端密封连接，所述阴极头(120)与所述冷却通道的另一端密封连接；

所述内部水流管(113)设置在所述冷却通道中，所述内部水流管(113)与所述冷却通道的内壁间隔设置形成水流通道，所述内部水流管(113)的一端与所述端盖(111)密封连接，另一端延伸至所述阴极头(120)处，并与所述阴极头(120)间隔设置；

所述阴极出水管(115)与所述水流通道连通，所述阴极进水管(114)与所述内部水流管(113)连通。

4.根据权利要求1所述的等离子体发生器，其特征在于：

所述阳极外壳(310)包括阳极外筒(311)和阳极法兰(312)；所述外筒通过所述阳极法兰(312)与所述引弧外壳(210)连接；所述阳极本体(320)设置在所述阳极外筒(311)中，所述阳极本体(320)的外端连接有环形板(325)，所述环形板(325)与所述阳极外筒(311)的端部密封连接；

所述阳极部分(300)还包括圆筒状的隔水套(313)；所述隔水套(313)设置在所述阳极外筒(311)内，并与所述阳极外筒(311)的内壁间隔设置形成水流通道；所述隔水套(313)的一端与所述阳极法兰(312)的内边缘固定连接，另一端与所述环形板(325)间隔设置；

所述阳极本体(320)嵌设在所述隔水套(313)中，所述阳极本体(320)上设置有螺旋槽(321)，所述阳极部分(300)还包括阳极进水管(330)和阳极出水管(340)；所述阳极进水管(330)与所述螺旋槽(321)连通，所述阳极出水管(340)与所述水流通道连通；冷却水能够通过阳极进水管(330)进入到所述螺旋槽(321)中，并通过所述水流通道流到所述阳极出水管(340)中；

所述阳极本体(320)的圆周表面上靠近阳极头(324)处设置有进水槽(322)，所述阳极本体(320)的圆周面上靠近所述环形板(325)的处设置有回水槽(323)；所述阳极本体(320)上设置有多个螺旋槽(321)，所述螺旋槽(321)的一端与所述进水槽(322)连通，另一端与所述回水槽连通；所述回水槽与所述水流通道连通。