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(shí)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(yīng)用于飛行器氣動(dòng)熱地面模擬試驗(yàn)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(chǎng)，具有 溫度范圍寬、能量集中的優(yōu)點(diǎn)，溫度調(diào)節(jié)范圍幾百到上萬(wàn)攝氏度可調(diào)，主要應(yīng) 用于飛行器氣動(dòng)熱地面模擬試驗(yàn)，模擬飛行器在空中飛行所面臨的高溫?zé)岘h(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(yīng)用于鍋爐 煤粉點(diǎn)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(guó)內(nèi)外在飛行器氣動(dòng)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(zhǎng)分段式、疊片式和磁穩(wěn)式。其特點(diǎn)是其供電 都是直流電源，建造成本較高，對(duì)電源的利用率低， 一般對(duì)電源利用率只能達(dá)
到50%左右。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)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(zhǎng)期以來未得到廣泛使用，主要是穩(wěn)定運(yùn)行的高壓大功率 交流等離子電弧加熱器多項(xiàng)技術(shù)難題需要克服。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)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(shí)用新型進(jìn)一步解決的技術(shù)問題是由六個(gè)電極組成的星形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn) 加熱器大功率運(yùn)行，減少了加熱器對(duì)電極的燒損，克服了氣旋對(duì)流場(chǎng)參數(shù)的影 響，實(shí)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(zhǎng)時(shí)間高 效穩(wěn)定運(yùn)行。
本實(shí)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(gè)電極、磁場(chǎng)線圏、進(jìn)氣環(huán)和混合室，六個(gè)電極在空間位置等分互成60。，六個(gè)電極與混 合室釆用法蘭連接形成星形結(jié)構(gòu)，六個(gè)電極根部各留有一個(gè)進(jìn)氣環(huán)，磁場(chǎng)線圈 纏繞在六個(gè)電極的外部，六個(gè)電極接兩組三相交流電源形成六個(gè)等離子電弧。
所述的六個(gè)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?qǐng)A形，采用內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)。
所述的磁場(chǎng)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(shí)用新型的工作原理是工作氣體經(jīng)電極根部的進(jìn)氣環(huán)切向進(jìn)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(fù)載回路。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)如下
(1 )本實(shí)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(shí)用新型通過采用六個(gè)電極組成的星形結(jié)構(gòu)，形成由六個(gè)電弧組成 的兩組"星式"負(fù)載，在每個(gè)電極上承受較小電弧電流的情況下，實(shí)現(xiàn)加熱器 大功率運(yùn)行，減少了加熱器對(duì)電極的燒損，克服了氣旋對(duì)流場(chǎng)參數(shù)的影響，實(shí) 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(zhǎng)時(shí)間高效穩(wěn)定 運(yùn)行。

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

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施范例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)地描述 一種高壓大功率交流等離子電弧加熱器包括六個(gè)電極、磁場(chǎng)線圏、進(jìn)氣環(huán)和混合室，六個(gè)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(gè)電極采用完全相同的結(jié)構(gòu)，在每個(gè)電極的根部各留有一個(gè)進(jìn)氣環(huán)，磁 場(chǎng)線圏纏繞在每個(gè)電極的外部，六個(gè)電極工作時(shí)接兩組三相交流電源。交流等 離子電弧加熱器工作時(shí)，工作氣體經(jīng)每個(gè)電極根部的進(jìn)氣環(huán)切向進(jìn)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(gè)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(fù)載回i 各，》茲場(chǎng)線圈用來加速弧 根按氣流方向旋轉(zhuǎn)，降低了弧根對(duì)電極的燒損，使交流等離子電弧加熱器能夠 長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。
每個(gè)電極設(shè)計(jì)為管狀，管內(nèi)徑和管長(zhǎng)度主要根據(jù)電弧電流和氣體流量的大 小來確定，長(zhǎng)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(qiáng)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?qǐng)A形，采用 內(nèi)外套夾層結(jié)構(gòu)用于強(qiáng)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(chǎng)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(shí)施范例
如圖1所示， 一種交流等離子電弧加熱器包括六個(gè)電極1、磁場(chǎng)線圈2、進(jìn) 氣環(huán)4和混合室5，六個(gè)電極1的每個(gè)電極長(zhǎng)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?qǐng)A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(gè)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(gè)進(jìn)氣環(huán)4, >磁場(chǎng)線圏2纏繞在六個(gè)電極1的外部，六個(gè)電極1分別接兩組三相交流電源形成六個(gè)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(gè)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(gè)電極(1)、磁場(chǎng)線圈(2)、進(jìn)氣環(huán)(4)和混合室(5)，六個(gè)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(gè)電極(1)根部各留有一個(gè)進(jìn)氣環(huán)(3)，磁場(chǎng)線圈(2)纏繞在六個(gè)電極(1)的外部，六個(gè)電極(1)分別接兩組三相交流電源形成六個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)電極(1)其長(zhǎng)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?qǐng)A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(chǎng)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(gè)電極、磁場(chǎng)線圈、進(jìn)氣環(huán)和混合室，六個(gè)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(gè)電極的根部各留有一個(gè)進(jìn)氣環(huán)，磁場(chǎng)線圈纏繞在電極的外部，六個(gè)電極分為兩組，分別接工頻交流電源A、B、C三相形成六個(gè)電弧。本實(shí)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(gè)電極組成的星形結(jié)構(gòu)，形成由六個(gè)電弧組成的兩組“星式”負(fù)載，在每個(gè)電極上承受較小電弧電流的情況下，實(shí)現(xiàn)加熱器大功率運(yùn)行，減少了加熱器對(duì)電極的燒損，克服了氣旋對(duì)流場(chǎng)參數(shù)的影響，實(shí)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(zhǎng)時(shí)間高效穩(wěn)定運(yùn)行。
文檔編號(hào)H05H1/34GK201134972SQ20072019050
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院