一种阴极弧根分散的电弧等离子加热器及使用方法与流程

技术特征：
1.一种阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，包括第二进气孔(1)、阴极座(2)、附着阴极(3)、阴极外套(4)、冷却水道(5)、极间绝缘环(6)、阳极(7)和阳极外套(8)；所述阴极座(2)为笔筒状结构，在筒底部沿周向均匀布置有n1个第二进气孔(1)，n1≥1；对应阴极座(2)的设定截面(定义为截面a)，沿周向均匀分布有n2个附着阴极安装孔，n2＞1；所述附着阴极(3)为圆柱状结构，与阴极座(2)上的附着阴极安装孔紧密配合；所述阳极(7)为圆管状结构，与阴极座(2)前后同轴布置；所述阴极外套(4)和阳极外套(8)都为圆管状结构，分别同轴套在阴极座(2)和阳极(7)的外部，阴极外套(4)的内壁与阴极座(2)的外壁间形成的间隙以及阳极外套(8)的内壁与阳极(7)的外壁间形成的环形间隙为冷却水通道(5)；所述极间绝缘环(6)布置在阴极座(2)和阳极(7)之间，其上加工有第一进气孔(61)和通水孔(62)，第一进气孔(61)用于向等离子加热器中通入工作气体，通水孔(62)用于连通极间绝缘环(6)两侧的冷却水道(5)；所述附着阴极(3)和阳极(7)之间形成电弧(9)，附着阴极(3)的弧根分散附着在附着阴极(3)上，阳极弧根集中附着在阳极(7)的内壁面上，通过第一进气孔(61)和第二进气孔(1)进入等离子加热器的工作气体在电弧(9)作用下产生电离，在阳极(7)出口喷出，形成等离子体射流(11)。2.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述极间绝缘环(6)为环片状结构，极间绝缘环(6)上布置的第一进气孔(61)为法向圆形通孔，数量为n3，n3≥1，通水孔(62)为跑道形的结构通道，通过通水孔(62)将阴极座(2)和阳极(7)外部的冷却水通道(5)联通。3.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述附着阴极(3)与阴极座(2)的安装孔紧密配合，并通过全接触面焊接连接，附着阴极(3)的两端面与阴极座(2)内外弧面平齐。4.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述附着阴极(3)材料：若工作气体为氧化性气体，则附着阴极(3)选用锆、铪或其合金材料；若工作气体为非氧化性气体，则附着阴极(3)选用钨、铈钨、钍钨或镧钨合金材料。5.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述附着阴极(3)的直径d为：2-10mm，数量n2为：2-6个。6.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述阴极座(2)的内径dc为10-100mm，阳极(7)内径da为10-100mm，dc/da为(1.5～1)：1。7.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述阴极座(2)上附着阴极(3)所在的截面a与极间绝缘环(6)内侧的距离l1为：4≤l1/dc≤8，其中，dc为阴极座(2)的内径。8.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述第二进气孔(1)的数量n1为：4-24个；和/或所述第一进气孔(61)的数量n3为：4-12个。9.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述通过第二进气孔(1)和第一进气孔(61)进入加热器的工作气体质量流量分别为g2和g1，g2/g1的值为：0.4≤g2/g1≤0.8。10.根据权利要求1所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述阳极
(7)的外壁一端加工有凹槽，阳极线圈(10)同轴缠绕在阳极(7)外壁的凹槽内，阳极线圈(10)的两接线端分别与阳极外套(8)内壁和阳极(7)外壁进行固定连接，使电流分流通过阳极线圈(10)，励磁产生磁场。11.根据权利要求10所述的阴极弧根分散的电弧等离子加热器，其特征在于，所述阳极线圈(10)的直径为3～5mm，线圈匝数为5～30匝，阳极线圈内侧端距离阳极(7)出口端面的距离l2为：1≤l2/da≤2，da为阳极(7)的内径。12.一种阴极弧根分散的电弧等离子加热器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：工作气体经过第二进气孔(1)和第一进气孔(61)按照质量流量比g2/g1进入加热器，在加热器内电弧(9)的作用下受热并发生电离，在阳极(7)的出口喷出形成等离子体射流(11)，阴极弧根分散附着到n2个附着阴极(3)上，阳极弧根附着在阳极(7)内壁上；对阳极线圈(10)通电，在阳极(7)和阳极外套(8)形成的阳极室内产生轴向磁场，阳极电弧的径向部分在此磁场条件下，受周向洛伦兹力而产生旋转，弧根也会随之在阳极(7)内壁上旋转；向冷却水通道(5)中通入冷却水，对阴极座(2)、附着阴极(3)、阳极(7)和阳极线圈(10)进行外部的强制冷却降温保护。

技术总结
本发明提供了一种阴极弧根分散的电弧等离子加热器及使用方法，包括第二进气孔、阴极座、附着阴极、阴极外套、冷却水道、极间绝缘环、阳极、阳极外套和阳极线圈，极间绝缘环上布置第一进气孔和通水孔。阳极和阴极座前后同轴布置，阳极线圈同轴缠绕在阳极外壁的凹槽内。工作气体经过第二进气孔和第一进气孔进入加热器，在加热器内电弧的作用下受热并发生电离，在阳极的出口喷出形成等离子体射流，阴极弧根分散附着到多个附着阴极上，利于降低附着阴极的烧蚀速率，提高整个阴极的工作寿命；阳极弧根附着在阳极内壁上，阳极线圈通过电流时，阳极弧根会在阳极内壁上旋转，防止弧根在阳极内壁上的局部长时间停留而导致电极烧损，提高了阳极的工作寿命。阳极的工作寿命。阳极的工作寿命。


技术研发人员：朱兴营 陈海群 周法 欧东斌 董永晖 杨国铭
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2022/1/7