電弧火炬用的氣冷陰極制造技術

一種直流電弧火炬用的氣冷陰極。所述陰極有一連接至主體的尖端。一用于工作氣體的氣體通道穿過陰極主體，接近尖端，并鄰近尖端氣體流出主體。陰極與陽極用絕緣材料套筒隔開和絕緣。（*該技術在2011年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及直流電弧火炬用的氣冷陰極。直流電弧火炬不應與移動電弧裝置例如不熔化極氣體保護焊(TIG)混淆，后者陽極包括了焊接工件。一外套圍繞著不熔化極氣體保護焊機的陰極，一大流量的惰性氣體(非工作氣體)通過外套吹出，形成惰性環境，并防止陰極和工件氧化。直流電弧火炬也不應與間斷電弧裝置，例如用于噴氣發動機者相混淆。在直流電弧火炬內，工作氣體被直流電弧加熱形成等離子體，該等離子體通過包括其陽極的噴嘴流出。上述裝置連續一長段時間使用，而上述等離子體可用以點燃燃料例如發電蒸氣鍋爐內的煤粉。上述等離子體也可以用來穩定煤的燃燒，還有各種用途，例如用在高爐中，并得到生產用熱量。現有常用的直流電弧火炬都是水冷的，并且水的通道通過陰極和陽極。冷卻是重要的，它防止陰極升溫至由于熔化或蒸發而變壞的高溫。另外，高溫的陰極發出的熱輻射，將使電弧失去控制。工作氣體通過將陽極與陰極隔開的絕緣件，直接地流入陽極與陰極之間的空間。上述水冷的安排包括將水管連接至火炬，并由于水是導電的，要求將水的回路加以電絕緣。在這些系統中，存在潛伏的不安全的危害，如果使用時有一水管脫落，熱的和可能帶高壓的水流不受控制地噴射出來。根據本專利技術，提供了一種氣冷陰極，用于直流電弧火炬。所述陰極有尖端連接至主體。一用于工作氣體的氣體通道，穿過陰極的主體，接近所述尖端，并氣體鄰近尖端流出主體。陰極與陽極被間隔開，并與陽極加以電絕緣，借助于一電絕緣材料的套筒。所有被用來支持電弧的工作氣體，通過陰極被提供，并冷卻陰極，其流向陽極的入口。最好有一渦流器圍繞陰極的尖端，并位于工作氣體流出主體的出口的下游。工作氣體的旋動改善了在陰極區間內電弧的穩定，并且陽極根部旋動，減少了陽極的侵蝕。在最佳實施例中，渦流器是金屬制的，并且當火炬加熱至使用溫度時，它膨脹并封住將陰極與陽極絕緣的套筒。在本專利技術最佳實施例中，氣體通道穿過陰極連通所述尖端，致使工作氣體通過陰極時接觸到其尖端部分。現在，參閱附圖，僅以舉例說明的方式介紹本專利技術。附圖中附圖說明圖1是一蒸氣鍋爐壁部的示意剖面圖，鍋爐內使用了本專利技術電弧火炬;圖2a是本專利技術電弧火炬部分剖視的正視圖;圖2b是圖2a中陽極沿剖線Ⅱb-Ⅱb的剖面圖;圖3a是圖2a中陰極的正視圖;圖3b是圖3a陰極尖端的正視圖。首先參閱圖1，一典型的蒸氣鍋爐有外壁1和內壁2，內壁2鋪有水管3。壁內空間裝有直流電弧火炬4。一通道5從外壁1延伸往所述電弧火炬用于供應工作氣體。使用時，電弧火炬4發射出以區間6標示的等離子體火舌，進入鍋爐的內腔來加熱管子3內的水。煤粉被吹入，通過僅以箭頭7示意的管道，吹向等離子體，這樣加大了能量輸出。典型的是取得十倍的能量輸出。從第二空氣腔室8來的空氣與更多的煤粉混合，通過一渦流器9吹出，以箭頭10代表其方向，吹入已點燃的等離子體區間，更加大了能量輸出。再產生典型的是十倍的能量輸出。在圖2中更詳細地顯示了電弧火炬4，包括以11整體標志的陰極和以12整體標志的陽極。所述陰極包括一銅陰極主體13(圖3a中可清楚看到)和一涂釷的鎢尖端14(圖3b中可看到)。一絕緣陶瓷(玻璃陶瓷)套筒15圍繞所述陰極，接著前者又被一銅陰極殼體16所圍繞。陽極17本身是銅制的，與陰極之間用套筒15所隔開和絕緣。陽極17的外表面有縱向延伸的槽18，這可從圖2b中看到，并由一黃銅導水環19所圍繞，來限定沿著陽極外表面的縱向延伸的水通道。一黃銅陽極殼體20用作支撐陽極和導水環。一環狀入水腔室21允許冷卻水流入，在使用時，沿著陽極外表面的縱向延伸的水通道流動。然后，水流回到導水環1a的外側，流入環狀出水腔室22。現翻閱圖3a，更詳細地介紹陰極11的結構。陰極主體13從其外端由一軸向延伸的氣體通道23所貫穿。氣體通道23與一內螺紋通道24連通，后者從陰極的內端延伸至陰極主體內。徑向延伸的通道25，從氣體通道23與通道24的交接處往外延伸。一銅渦流器26位于陰極主體13的最內端，并徑向往外地延伸。陰極尖端14包括一圓頂端部27與一軸向延伸的外螺紋桿28，如圖3b所示。所述尖端擰入陰極主體13內，桿28上的外螺紋與通道24的內螺紋相互嚙合，致使桿18完全阻塞通道24，并且桿的端頭接近氣體通道23的端部。在使用時，一種非氧化的氣體例如氮氣吹入，通過通道5進入通道23。所述工作氣體沖擊桿28的端頭，并通過徑向延伸的通道25流出陰極。所述氣體受到陰極主體階梯剖面和絕緣套筒15的限制并受壓通過渦流器26，在陽極的中空內部由于在陰極尖端14與陽極17之間放電，氣體被激勵成等離子體。所述氮氣通過通道23流動時被冷卻，并沖擊桿28的端頭，保持整個尖端在使用時冷卻。氣體也保持主體13冷卻。渦流器26典型地是由金屬例如銅制作，并當火炬如熱至工作溫度時，它膨脹接觸到絕緣套筒15的內表面，并形成一密封。實踐中得知，火炬的尺寸和工作條件必須小心選擇，才可保證本專利技術的電弧火炬在長時間內滿意使用，在一使用實例中，其陰極尖端14有20mm的直徑和25mm的長度，而螺紋桿28從背部延伸約10mm。氣體通道23直徑大約是7mm氮氣吹入的流量大約是25gm/sec。電弧的供電電壓是300V，電流是200A，渦流器26所達到的溫度不超過800℃。雖然本專利技術結合了特別實例進行介紹，但它可有多種的形式的實施。例如，其它結構氣體通道可以延伸穿過陰極。如需要，也可在陽極12采用氣體冷卻。另外，并不限定涂釷的鎢是制作陰極尖端的唯一一種材料，而它必須由有高熔點的材料制作，并且是由可熱離子發射的材料制作。權利要求1.一種直流電弧火炬的氣冷陰極，有一連接至主體的尖端，其內一用于工作氣體的氣體通道穿過主體，接近尖端，并鄰近尖端氣體流出主體。2.根據權利要求1所述的氣冷陰極，其特征在于一渦流器圍繞陰極的尖端，并位于工作氣體流出主體的出口的下游。3.根據權利要求2所述的氣冷陰極，其特征在于上述渦流器是金屬制的，使用時當火炬加熱至使用溫度時，它膨脹并封住將陰極與陽極絕緣的套筒。4.根據前述任何一項權利要求所述的氣冷陰極，其特征在于上述氣體通道穿過陰極連通尖端，使工作氣體通過陰極時接觸到尖端。全文摘要一種直流電弧火炬用的氣冷陰極。所述陰極有一連接至主體的尖端。一用于工作氣體的氣體通道穿過陰極主體，接近尖端，并鄰近尖端氣體流出主體。陰極與陽極用絕緣材料套筒隔開和絕緣。文檔編號H05H1/28GK1053379SQ91100379公開日1991年7月31日 申請日期1991年1月17日 優先權日1990年1月17日專利技術者克雷格·福爾曼, 彼得·菲爾布姆 申請人:悉尼大學, 新南威爾士州電力委員會 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直流電弧火炬的氣冷陰極，有一連接至主體的尖端，其內一用于工作氣體的氣體通道穿過主體，接近尖端，并鄰近尖端氣體流出主體。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：克雷格福爾曼，彼得菲爾布姆，
申請(專利權)人：悉尼大學，新南威爾士州電力委員會，
類型：發明
國別省市：AU[澳大利亞]