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申请/专利权人：费杰福

摘要：本发明提供了一种层流等离子水切割枪，包括：放电腔套件，放电腔套件的一端安装有连接底座，连接底座的中心处固定安装有电极支柱，连接底座均布四个圆孔，其中两个相对的圆孔为正极引线孔，两条正极连接线从正极引线孔引入并与正电极连接，另外两个相对的圆孔为水蒸汽入口，电极支柱的圆周面上固定安装有一对正电极，正电极与放电腔套件之间的空间为放电腔，负电极通过调整螺钉与放电腔套件的另一端连接，负电极安装有喷嘴，放电腔套件和喷嘴内设有环形夹层作为冷却水通道，喷嘴的环形夹层内靠近负电极的底部安装有电磁环，喷嘴内部的空腔为等离子喷孔，具有实现等离子射流层流流态，突破切割厚度瓶颈的限制，高效、节能、环保的效果。

主权项：1.一种层流等离子水切割枪，其特征在于，包括：放电腔套件，所述放电腔套件为筒壁中间带第一冷却水通道的圆筒，所述第一冷却水通道的一端为第一冷却水入口，所述第一冷却水通道的另一端为第一冷却水出口，所述放电腔套件的一端安装有连接底座，所述连接底座的中心处固定安装有电极支柱，所述连接底座均布四个圆孔，其中两个相对的圆孔为正极引线孔，两条正极连接线从正极引线孔引入并与正电极连接，另外两个相对的圆孔为水蒸汽入口，所述电极支柱在放电腔套件内部并且与放电腔套件同轴，所述电极支柱的圆周面上固定安装有一对正电极，所述正电极与放电腔套件之间的空间为放电腔，负电极通过调整螺钉与放电腔套件的另一端连接，所述调整螺钉上安装有压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别与放电腔套件和负电极接触，喷嘴安装在负电极上，所述喷嘴为筒壁中间带第二冷却水通道的小圆筒，所述第二冷却水通道的一端为第二冷却水入口，所述第二冷却水通道的另一端为第二冷却水出口，所述第二冷却水通道内靠近负电极一侧安装有电磁环，所述喷嘴外壁靠近负电极一侧设有电磁环的电源引线孔,所述喷嘴内部的空腔为等离子喷孔；所述电极支柱为圆柱体，通过内嵌卡槽对两只正电极进行固定并隔离，两正电极分别正对两负电极；所述喷嘴内径小于负电极的内径；所述负电极为铜和耐高温绝缘陶瓷材料制成的四分段圆环，铜负极和陶瓷材料两两相对隔离。

全文数据：一种层流等离子水切割枪技术领域本发明属于切割机械领域，特别涉及一种层流等离子水切割枪。背景技术针对工件材料、工艺要求、工作环境、工作原理等因素不同切割技术大体分为火焰切割、激光切割、高压水射流切割水刀、等离子切割等几种，其中等离子切割的综合性价比最高。随着等离子切割技术不断提高和发展，等离子水切割作为新一代切割技术的代表，其技术基本成熟，它是等离子切割与火焰切割的结合体，等离子水切割的突出特点是：便携、节能、环保。目前等离子水切割机存在缺点主要是功率低仅4千瓦左右，切割工件最大厚度仅为16mm，如何在保持原有的技术优势基础上提高切割功率和切割厚度是技术突破关键。发明内容本发明的目的是解决目前等离子水切割技术存在功率低、切割厚度小等缺点的技术问题，提供了一种层流等离子水切割枪，通过优化切割枪结构、增加电磁调制手段对传统切割枪进行改造和升级，具有实现等离子射流层流流态，突破切割厚度瓶颈的限制，高效、节能、环保的效果。本发明提供的技术方案为：一种层流等离子水切割枪，包括：放电腔套件，所述放电腔套件为筒壁中间带第一冷却水通道的圆筒，所述第一冷却水通道的一端为第一冷却水入口，所述第一冷却水通道的另一端为第一冷却水出口，所述放电腔套件的一端安装有连接底座，所述连接底座的中心处固定安装有电极支柱，所述连接底座均布四个圆孔，其中两个相对的圆孔为正极引线孔，两条正极连接线从正极引线孔引入并与正电极连接，另外两个相对的圆孔为水蒸汽入口，所述电极支柱在放电腔套件内部并且与放电腔套件同轴，所述电极支柱的圆周面上固定安装有一对正电极，所述正电极与电极支柱同轴并且正对，所述正电极与放电腔套件之间的空间为放电腔，负电极通过调整螺钉与放电腔套件的另一端连接，所述调整螺钉上安装有压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别与放电腔套件和负电极接触，喷嘴安装在负电极上，所述喷嘴为筒壁中间带第二冷却水通道的小圆筒，所述第二冷却水通道的一端为第二冷却水入口，所述第二冷却水通道的另一端为第二冷却水出口，所述第二冷却水通道内靠近负电极一侧安装有电磁环，所述喷嘴外壁靠近负电极一侧设有电磁环的电源引线孔,所述喷嘴内部的空腔为等离子喷孔。优选的是，所述放电腔套件、连接底座、电极支柱和喷嘴均为耐高温绝缘陶瓷材料制成。优选的是，所述电极支柱为圆柱体，通过内嵌卡槽对两只正电极进行固定并隔离，使两正电极分别正对。优选的是，所述电磁环为放置于第二冷却水通道内的漆包铜线绕组，线径0.06mm，300匝，直流供电。优选的是，所述正电极为钨合金材料制成，放电端为针形。优选的是，所述负电极为铜和耐高温绝缘陶瓷材料制成的4分段圆环，铜负极和陶瓷材料两两相对隔离。优选的是，所述喷嘴内径小于负电极的内径。优选的是，所述正电极和负电极为两对。本发明的有益效果体现在以下方面：1、层流等离子水切割枪工作时不需要压缩空气，在切割同等厚度下，同等离子切割机相比较因氢氧化合成水放出大量热能而降低使用成本，切割效率更高；2、通过层流调制技术的使用，突破了切割厚度限制，扩大了切割应用范围，提高了切割效率；3、由于工作时切割枪同时使用两对电极放电，产生双束高温电弧，不仅适应了大功率需求，而且使等离子体能量分布更均匀，等离子整体状态更稳定，有利于等离子层流流态的产生和保持；4、层流等离子水切割机在切割过程中不产生粉尘，相反，它还会吸引粉尘，防止粉尘的扩散，便于实时监控，环保效果好；5、综上所述，本发明是集大功率、应用广泛、使用便捷、节能、环保于一身的具有较高性价比的切割产品，突破了原有的切割厚度瓶颈限制，在现有等离子水切割技术基础上，引入并使用了双束电弧设计、层流调制等先进理念和技术，将极大促进我国焊接、切割等领域的技术发展。附图说明图1为本发明的主剖视图。图2为本发明连接底座的俯视图。图3为本发明离子运动轨迹示意图。图中：1连接底座，2放电腔套件，3第一冷却水通道，4第一冷却水入口，5压缩弹簧，6负电极，7调整螺钉，8第二冷却水通道，9第二冷却水入口，10电磁环，101磁力线，102离子螺旋轨迹，11喷嘴，12等离子喷孔，13第二冷却水出口，14电弧，15放电腔，16第一冷却水出口，17电极支柱，18正电极，19水蒸汽入口，20正极引线孔，21电源引线孔。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1-3所示，本发明提供了一种层流等离子水切割枪，包括：放电腔套件2，所述放电腔套件2为筒壁中间带第一冷却水通道3的圆筒，所述第一冷却水通道3的一端为第一冷却水入口4，所述第一冷却水通道3的另一端为第一冷却水出口16，切割枪的使用寿命是影响其性能的一项重要指标，由于切割枪工作在温度高、湿度大、强电流环境中，各部件极易氧化、老化和烧毁，通过设置第一冷却水通道3和第二冷却水通道8，采用水冷方式，可以有效避免切割枪局部过热，延长了切割枪的使用寿命；所述放电腔套件2的一端安装有连接底座1，所述连接底座1的中心处固定安装有电极支柱17，所述连接底座1均布四个圆孔，其中两个相对的圆孔为正极引线孔20，两条正极连接线从正极引线孔20引入并与正电极18连接，另外两个相对的圆孔为水蒸汽入口19，切割机的功率大小是衡量其切割性能的重要指标，一般功率越大切割效率越高；目前制约切割机功率大小的因素主要包括电源和切割枪两个方面，电源主要通过提供大电流来实现大功率，而切割枪则在此基础上要适应大电流，即采用单枪多对电极放电，工作时产生多束电弧14的方式来解决，通过将单路大电流分流为多路小电流不仅缓解电流对电极材料的冲击，降低了对电极材料的极端要求，还提高了工作介质的电离程度和电离效率，使之更稳定减弱了电弧弧跟跳动带来的影响，能量分布更加均匀，同时还为多个并行工作电源分别为多束电弧14的通路供电提供支持，但是电弧14的通路数量越多切割枪复杂度越高，同时单束电弧14温度越低，反而不利于电离工作介质，实际工作过程中，一般二至三束电弧14即可；所述电极支柱17在放电腔套件2内部并且与放电腔套件2同轴，所述电极支柱17的圆周面上固定安装有一对正电极18，所述正电极18与电极支柱17同轴并且正对，所述正电极18与放电腔套件2之间的空间为放电腔15，负电极6通过调整螺钉7与放电腔套件2的另一端连接，所述调整螺钉7上安装有压缩弹簧5，所述压缩弹簧5的两端分别与放电腔套件2和负电极6接触，通过设置调整螺钉7及压缩弹簧5，可以随时调整正电极18和负电极6之间的距离，以便于引弧，引弧成功率高低直接影响系统的耗能多少和电极使用寿命；当工作介质和密度、压强等基本固定时，影响引弧的因素主要有两个：引弧电压和正电极18和负电极6的间距，一般来讲引弧电压越高，正电极18和负电极6间距越小不能接触，越易引弧，但在实际工作中绝不可单独追求引弧成功率，还要对电弧电压、电流及导热控制的复杂度和成本等因素进行综合考虑；通常引弧电压在几十到几百千伏电压陡降恒流外部特性控制一般由电源支持，正电极18和负电极6的间距一般在2厘米到8厘米之间；本发明是正电极18和负电极6的间距是可调的，使用时可根据电源提供的引弧电压高低对正电极18和负电极6的间距进行适当调整；喷嘴11安装在负电极6上，所述喷嘴11为筒壁中间带第二冷却水通道8的小圆筒，所述第二冷却水通道8的一端为第二冷却水入口9，所述第二冷却水通道8的另一端为第二冷却水出口13，所述第二冷却水通道内靠近负电极一侧安装有电磁环10，通过电磁环10对等离子进行压缩、整流；等离子束流态一般分为层流和湍流两种，在层流等离子束中离子一般沿轴向呈直线或流线型运动，等离子射流长，能量基本集中在射流轴心附近，径向能量扩散小，而在湍流等离子束中离子一般没有一致的运动方向或运动方向一致性很差，运动路径中存在大量涡旋和离子间碰触，使等离子射流变短，能量分布和扩散极不均匀；由于居里温度限制超过磁材料居里点，磁性消失，本发明采用电磁压缩整流的方式；电磁压缩整流是使用通电绕组的磁效应，在电磁环10处轴向产生逐渐变强的磁场，使得携带高能量和电荷的离子沿螺旋型路径压缩至喷嘴11中心轴线附近，形成能量高度集中于轴心、方向基本一致平行于轴线的层流等离子射流；所述喷嘴11内部的空腔为等离子喷孔12。具体工作过程为：将冷却水入水管分别接到第一冷却水入口4、第二冷却水入口9，将冷却水回水管分别接到第一冷却水出口16、第二冷却水出口13，形成水冷却循环回路；通过加热电阻丝对水加热生成高温高压水蒸汽，依靠水蒸汽自身高压通过软导管和水蒸气入口19将其快速引入放电腔15，电源为电极供电，在放电腔15产生两束高温电弧14，水蒸汽被电离产生高温高压等离子体；当产生的正离子在高压作用下向喷嘴11低压区运动时，除了轴向靠近电磁环10外，正离子在电磁环10产生的磁场中将受到洛伦兹力作用，作径向圆周运动，轴向距离电磁环10越近，磁场强度越大，磁力线101密度越大，离子螺旋轨迹102的半径逐渐缩小，同时切割枪负电极6和喷嘴11的两级结构压缩作用，将等离子压缩至轴心附近并沿轴线方向射入等离子喷孔12；经过电磁环10后，轴向距离电磁环10越远，磁场强度越小，磁力线101密度越小，使得正离子圆周运动的半径将逐渐扩大，但由于等离子喷孔12孔径不变，对正离子的径向压缩强度基本不变，使得只有少数正离子发生扩散运动，从而调制出层流态等离子射流；等离子射流到达工件切口产生碰撞，氢、氧离子结合成水同时产生高温高压对工件进行切割。所述放电腔套件、连接底座、电极支柱和喷嘴均为耐高温绝缘陶瓷材料制成，高温绝缘陶瓷材料具有介电常数小、介质损耗低、成本低廉、机械强度高等特性，满足了本发明的性能指标；所述电极支柱17为圆柱体，通过内嵌卡槽对两只正电极18进行固定并隔离，使两正电极18分别正对两负电极6，卡槽可以更方便对正电极18进行固定，同时又可以保证最小正、负电极间距；电磁环10为漆包铜线绕组，线径0.06mm，300匝，直流供电，取材方便，便于维修、更换，降低生产成本；正电极18为钨合金材料制成，放电端为针形，满足了工作环境对热传导、耐高温和抗氧化等性质的要求，同时还可以使电弧14的弧跟更加稳定；负电极6为铜和耐高温绝缘陶瓷材料制成的四分段圆环，铜负极和陶瓷材料两两相对隔离，满足了工作环境对热传导、耐高温和抗氧化等性质的要求。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

权利要求：1.一种层流等离子水切割枪，其特征在于，包括：放电腔套件，所述放电腔套件为筒壁中间带第一冷却水通道的圆筒，所述第一冷却水通道的一端为第一冷却水入口，所述第一冷却水通道的另一端为第一冷却水出口，所述放电腔套件的一端安装有连接底座，所述连接底座的中心处固定安装有电极支柱，所述连接底座均布四个圆孔，其中两个相对的圆孔为正极引线孔，两条正极连接线从正极引线孔引入并与正电极连接，另外两个相对的圆孔为水蒸汽入口，所述电极支柱在放电腔套件内部并且与放电腔套件同轴，所述电极支柱的圆周面上固定安装有一对正电极，所述正电极与电极支柱同轴并且正对，所述正电极与放电腔套件之间的空间为放电腔，负电极通过调整螺钉与放电腔套件的另一端连接，所述调整螺钉上安装有压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别与放电腔套件和负电极接触，喷嘴安装在负电极上，所述喷嘴为筒壁中间带第二冷却水通道的小圆筒，所述第二冷却水通道的一端为第二冷却水入口，所述第二冷却水通道的另一端为第二冷却水出口，所述第二冷却水通道内靠近负电极一侧安装有电磁环，所述喷嘴外壁靠近负电极一侧设有电磁环的电源引线孔,所述喷嘴内部的空腔为等离子喷孔。2.根据权利要求1所述的一种层流等离子水切割枪，其特征在于，所述放电腔套件、连接底座、电极支柱和喷嘴均为耐高温绝缘陶瓷材料制成。3.根据权利要求1所述的一种层流等离子水切割枪，其特征在于，所述电极支柱为圆柱体，通过内嵌卡槽对两只正电极进行固定并隔离，两正电极分别正对。4.根据权利要求1所述的一种层流等离子水切割枪，其特征在于，所述电磁环为放置于第二冷却水通道内的漆包铜线绕组，线径0.06mm，300匝，直流供电。5.根据权利要求1所述的一种层流等离子水切割枪，其特征在于，所述正电极为钨合金材料制成，放电端为针形。6.根据权利要求1所述的一种层流等离子水切割枪，其特征在于，所述负电极为铜和耐高温绝缘陶瓷材料制成的四分段圆环，铜负极和陶瓷材料两两相对隔离。7.根据权利要求1所述的一种层流等离子水切割枪，其特征在于，所述喷嘴内径小于负电极的内径。8.根据权利要求1所述的一种层流等离子水切割枪，其特征在于，所述正电极和负电极为两对。

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