一种具有锯齿开放式旋流腔的等离子点火器阴极结构的制作方法

本发明属于等离子点火器，具体涉及一种具有锯齿开放式旋流腔的等离子点火器阴极结构。

背景技术：

1、等离子点火技术利用电极之间产生的高温等离子电弧对燃料进行点燃，已应用于燃煤锅炉的启动点火及稳燃过程。等离子点火器工作过程中，阴极处于高温电弧、工作气体以及煤粉和灰尘等杂质共同作用的环境中，阴极附近气体的流动状态不仅影响电弧的稳定性，而且直接影响阴极弧根分布和阴极烧蚀情况。因此，如何在阴极区域获得稳定、连续且不易受杂质影响的工作气流，是影响等离子点火器长期可靠运行的重要因素。

2、现有等离子点火器阴极普遍存在如下问题：

3、1.气道结构易堵塞：传统螺旋气道或封闭流道在高温含尘环境中易积碳、结焦；

4、2.气膜不稳定：气流分布不均，无法形成稳定贴壁气膜；

5、3.电弧烧蚀严重：弧根集中，导致阴极局部快速损坏；

6、4.进气侧附加构件容易增加流动阻力：在含尘工况下，如果在进气通路中设置细孔式过滤或节流构件，颗粒沉积后容易造成流动阻力增加及供气波动，甚至使该构件本身成为新的堵塞位置；

7、5.磁场结构复杂：依赖永磁体，存在退磁风险。

8、因此，需一种不堵塞、气膜稳定、结构简单、可靠性高的阴极结构。

9、现有技术为了稳定电弧，一种方式是在阴极或阴极附近设置螺旋槽、切向孔或旋流器，使工作气体获得周向速度，并利用旋转气流带动电弧或弧根运动。例如，已有等离子点火阴极采用螺旋状导风槽使压缩空气形成旋转气流；也已有阴极结构利用辅助工作气体在阴极端面形成涡旋气流，使着弧点沿周向转动。 但是，此类螺旋槽、封闭式孔道或较小截面的导气结构在燃煤锅炉的高温含尘工作环境中使用时，颗粒物、积碳或结焦物容易在槽道、转角或局部狭窄区域沉积。一旦流道有效截面积发生变化，各周向位置的流量及旋流强度即可能出现差异，难以长期保持稳定气流状态。

10、另一种方式是利用旋转气流形成贴壁气膜，通过气膜使高温电弧与电极壁面之间形成一定程度的气体隔离，并利用气流带走热量、促进弧根运动。现有技术已经证明贴壁旋流气膜能够用于稳弧及减轻电极局部过热。 然而，稳定气膜的形成依赖于上游各流道供气均匀性。如果工作气体中携带的颗粒直接进入旋流结构，或者部分旋流通道发生堵塞，周向气流分布即会发生变化，进而影响贴壁气膜连续性。因此，“既使气体产生足够旋流，又保证流道在高粉尘环境下不易堵塞”构成相互关联的设计难点。

11、此外，通过磁场驱动电弧或弧根运动虽然能够避免弧根长期集中于局部区域，但需要设置相应磁体或励磁结构，增加点火器内部结构和热环境设计复杂度；在阴极本身空间有限、温度较高的条件下，还需兼顾磁性元件的安装及长期可靠性。因此，若能够直接借助阴极内部气流结构获得稳定旋流并辅助弧根运动，减少对复杂磁场结构的依赖。

12、同时，仅依靠扩大旋流流道截面虽然能够改善通流能力，但难以兼顾旋流形成效果；而在旋流腔上游设置固定式细孔结构，又可能因颗粒沉积造成压降增加。因此，需要使进气侧辅助导流结构既能够对气体进行预导流或预旋，又能够保持较大的开放通流空间，并能够根据实际运行工况选择安装或拆除。

13、由此，现有技术仍需要一种能够适应高温含尘工况，兼顾旋流通道开放性、旋流稳定性、贴壁气流形成以及进气侧辅助导流结构可维护性的等离子点火器阴极结构。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有锯齿开放式旋流腔的等离子点火器阴极结构，用于解决现有等离子点火器阴极在高温含尘工况下传统螺旋气道或封闭流道易发生颗粒沉积、积碳、结焦及堵塞，气流分布不均导致贴壁旋转气流稳定性不足，弧根集中造成阴极局部烧蚀，以及进气侧固定式细孔结构容易增加流动阻力、污染后造成供气波动和维护不便的技术问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种具有锯齿开放式旋流腔的等离子点火器阴极结构，包括阴极本体、设置于所述阴极本体前端的电极头、与所述阴极本体内部连通的进气通道以及设置于所述阴极本体内部的旋流腔；

4、所述旋流腔的周向设置有多个非连续倾斜导流齿，所述非连续倾斜导流齿呈锯齿状并具有相对于气体轴向流动方向倾斜设置的导流表面，相邻所述非连续倾斜导流齿之间形成周向开放间隙，多个所述周向开放间隙与所述旋流腔相互连通，使所述旋流腔形成非封闭旋流空间；

5、进入所述旋流腔的气体沿所述导流表面流动并产生周向速度分量，以形成旋转气流。

6、进一步的，多个所述非连续倾斜导流齿沿所述旋流腔的周向间隔分布，各所述周向开放间隙沿所述旋流腔的周向保持开放。

7、进一步的，多个所述非连续倾斜导流齿的导流表面沿相同周向倾斜，以使流经各所述导流表面的气体形成同向旋转气流。

8、进一步的，所述旋转气流沿所述阴极本体的内壁流动并形成贴壁旋转气流层，所述贴壁旋转气流层的旋转方向与电弧弧根的预定周向运动方向一致。

9、进一步的，所述进气通道内选择性设置有导流滤芯，所述等离子点火器阴极结构能够在安装所述导流滤芯或未安装所述导流滤芯的状态下向所述旋流腔供气。

10、进一步的，所述导流滤芯的外周具有齿形导流结构，所述齿形导流结构包括沿所述导流滤芯的周向间隔设置的多个非连续导流齿。

11、进一步的，各所述非连续导流齿具有相对于所述导流滤芯的轴向倾斜设置的倾斜导流表面，相邻所述非连续导流齿之间形成开放流通间隙，以使气体沿所述倾斜导流表面流动。

12、进一步的，所述导流滤芯的外周设置有螺旋导流筋，所述螺旋导流筋沿所述导流滤芯的轴向螺旋延伸，以使经过所述导流滤芯的气体在进入所述旋流腔之前产生旋转运动。

13、进一步的，所述导流滤芯通过刺刀式连接结构可拆卸地设置于所述进气通道内，所述刺刀式连接结构包括卡凸以及与所述卡凸配合的l形刺刀槽，所述l形刺刀槽包括轴向导入段和与所述轴向导入段连通的周向锁定段，所述周向锁定段具有轴向锁紧坡面；所述导流滤芯的安装端具有第一锥面，所述进气通道内具有与所述第一锥面配合的第二锥面，所述卡凸沿所述轴向锁紧坡面运动，以将所述导流滤芯相对于所述进气通道的周向位移转换为轴向位移，使所述第一锥面与所述第二锥面压紧；拆除所述导流滤芯后，所述进气通道与所述旋流腔保持连通。

14、进一步的，所述电极头可拆卸地设置于所述阴极本体的前端。

15、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

16、一种具有锯齿开放式旋流腔的等离子点火器阴极结构，在旋流腔周向设置多个非连续倾斜导流齿，相邻非连续倾斜导流齿之间形成周向开放间隙，各周向开放间隙与旋流腔相互连通，使旋流腔形成非封闭旋流空间。气体流经倾斜导流表面时产生周向速度分量，从而形成旋转气流；同时，开放间隙避免形成连续封闭槽道，减少颗粒在狭窄流道及死角区域内沉积，兼顾旋流形成和流道防堵。

17、进一步的，多个非连续倾斜导流齿沿旋流腔周向间隔布置，使旋流腔在周向保持多个开放流通位置，气体及夹带颗粒能够通过开放间隙继续向下游流动，降低因局部积灰、结焦逐渐缩小流通截面的可能性，提高旋流腔在含尘工况下的通流稳定性。

18、进一步的，多个非连续倾斜导流齿的导流表面沿相同周向倾斜，使不同周向位置的气流获得方向一致的周向速度分量，减少不同导流区域之间的旋流抵消，有利于形成方向稳定、分布较均匀的旋转气流。

19、进一步的，旋转气流沿阴极内壁形成贴壁旋转气流层，并使其旋转方向与电弧旋转方向一致或相匹配，可改善阴极前端区域的气流组织，减少弧根长时间集中在局部位置，并通过贴壁流动带走部分热量，从而降低局部热负荷和电弧烧蚀。

20、进一步的，进气通道内采用可选择安装的导流滤芯，使阴极能够根据预导流、预旋需求、进气阻力以及维护条件选择有滤芯或无滤芯运行。当需要在气体进入旋流腔之前形成预旋时安装导流滤芯，当无需预旋或需要降低进气侧流动阻力时可拆除导流滤芯，从而提高阴极对不同供气工况的适应性。

21、进一步的，导流滤芯外周设置齿形导流结构，并由多个非连续导流齿形成开放式外周流道，使气体能够沿滤芯外周通过，在进行初步导流的同时保持较大的有效流通面积，减少传统细孔式过滤结构因颗粒聚集而发生堵塞的可能。

22、进一步的，非连续导流齿设置倾斜导流表面，相邻导流齿之间保留开放流通间隙，使气体在通过导流滤芯时能够沿倾斜表面发生偏转，并在进入旋流腔之前获得一定的周向流动趋势，同时避免形成封闭式导流通道。

23、进一步的，导流滤芯外周设置螺旋导流筋，使进入旋流腔之前的气体沿螺旋方向发生偏转并形成预旋。预旋气流进入旋流腔后再经非连续倾斜导流齿进一步导向，可减小气流由轴向流动向旋转流动转变过程中的扰动，提高旋流形成的稳定性。

24、进一步的，导流滤芯采用刺刀式可拆卸连接结构，卡凸进入l形刺刀槽的周向锁定段后沿轴向锁紧坡面运动，将相对周向位移转换为轴向位移，并使导流滤芯与进气通道之间的配合锥面压紧，由此在便于快速拆装的同时形成轴向预紧和定位；拆除导流滤芯后，进气通道仍与旋流腔连通，不影响基本供气及旋流功能。

25、进一步的，电极头采用可拆卸结构，使直接承受电弧作用的易损部位能够单独更换，不需要同时更换阴极主体，有利于降低维修工作量和易损部件更换成本，提高阴极结构的维护便利性。

26、综上所述，本发明采用由多个非连续倾斜导流齿构成的开放式旋流腔，相邻导流齿之间形成周向开放间隙，使旋流腔形成非封闭旋流空间；工作气体经倾斜导流表面作用产生周向速度分量并形成旋转气流，随后沿阴极内壁形成贴壁旋转气流层。通过开放式、非封闭的流道结构，减少高温含尘环境下颗粒沉积、积碳和结焦造成的堵塞风险；同时利用旋转气流辅助弧根旋转和分散，减轻阴极局部热负荷及烧蚀。进气通道内还可根据工况选择安装导流滤芯，以实现预导流和预旋，并兼顾结构维护的便利性。

27、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。