一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器

1.本发明涉及等离子电弧发生器。

背景技术：

2.等离子点火技术是在预燃火炬点火技术的基础上发展起来的更先进的点火技术，其点火可靠性高、迟滞时间短、点火边界宽。等离子点火系统的功能是通过施加外部能量(例如电场、磁场、高温等)将燃气轮机燃烧室中空气-燃料混合气部分分解为等离子体(即物质存在的第四态)热射流，达到加速并强化燃烧的目的。常见的等离子点火系统中的等离子电弧发生器为同轴圆柱结构，外侧圆柱为阳极，里侧圆柱为阴极，当施加在阴极与阳极之间的电压大于阴极与阳极之间介质的击穿电压时，便会发生击穿而产生等离子电弧。
3.等离子点火系统常应用在燃气轮机和超燃冲压内燃机等设备中，为了提高燃气轮机和超燃冲压内燃机等设备的性能，常常需要对等离子电弧发生器产生的等离子电弧进行观察和测量。但是等离子发生器的阴极与阳极为同轴圆柱结构，阴极表面上的任意两点到阳极的距离是相等的，导致等离子电弧发生的位置是随机的，因此，上述等离子发生器的结构十分不利于电弧观测。

技术实现要素：

4.为此，本发明提提供一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器，以力图解决或者至少缓解上面存在的至少一个问题。
5.本发明一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器，包括同轴设置的阳极和阴极，所述阳极呈圆管状，所述阴极位于所述阳极的内部，所述阳极的端部设置有第一放电结构，所述阴极包括阴极杆和阴极头，所述阴极头位于所述阴极杆的端部，所述阴极头作为第二放电结构，所述第二放电结构设置有向外凸起的尖端，所述尖端朝向所述第一放电结构。
6.可选地，在根据本发明的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器中，所述第一放电结构布满所述阳极端部的圆周。
7.可选地，在根据本发明的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器中，所述阴极头为水滴状结构，并且所述水滴状结构的尾部指向所述第一放电结构。
8.可选地，在根据本发明的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器中，所述阴极头与阴极杆之间可拆卸连接。
9.可选地，在根据本发明的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器中，所述阴极头与阴极杆之间通过螺纹进行连接。
10.可选地，在根据本发明的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器中，所述第一放电结构向内侧凸起。
11.可选地，在根据本发明的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器中，所述第一放电结构与所述阳极之间可拆卸连接。
12.根据本发明的固定电弧发生位置的等离子电弧发生器，能够实现以下有益效果中
的至少一种：能够将等离子电弧的发生位置固定在阴极的尖端处，极大地方便了科学研究时对电弧的观察与测量，具有很强的实用价值。此外，本发明的固定电弧发生位置的等离子电弧发生器对现有的等离子电弧发生器仅做出了较小的改动，安装简单，结构稳定，加工成本低。
附图说明
13.为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。
14.图1示出了根据本发明一个实施例的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器的外部结构示意图；
15.图2示出了根据本发明一个实施例的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器的内部结构示意图；
16.图3示出了根据本发明一个实施例的阴极头的结构示意图，其中，(a)为阴极头外部结构示意图，(b)为阴极头的一个轴向剖面图；
17.图4示出了根据本发明一个实施例的阴极杆的结构示意图，其中，(a)为阴极杆外部结构示意图，(b)为阴极杆的轴向剖面图；
18.图5示出了根据本发明一个实施例的第一放电结构的轴向剖面图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.针对现有的等离子电弧发生器由于阴、阳极结构不合理，导致等离子电弧发生位置不固定，不利于对电弧进行观测的问题，本发明提供了一种新型的等离子电弧发生器，能够固定电弧发生位置，方便科学试验过程中对电弧的观测。
21.图1示出了根据本发明一个实施例的一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器的外部结构示意图，图2示出了图1中等离子电弧发生器的内部结构示意图。
22.如图1和图2所示，一种固定电弧发生位置的包括同轴设置的阳极1和阴极2，阳极1为金属圆管，阴极2为金属圆柱，阴极2位于阳极1内部。阳极1顶端为第一放电结构11。阴极2包括阴极杆21和作为第二放电结构的阴极头22，阴极头22位于阴极杆21顶端，阴极头22设置有向外凸起的尖端221，并且尖端221朝向第一放电结构11。
23.上述等离子电弧发生器在使用时，将阴极2置于阳极1中心处，阴极头22与第一放电结构11平齐。然后将阳极1接地、阴极2接负高电压，此时阴极头22与第一放电结构11之间形成电场。由于阴极头22外表面上的各点中，只有位于尖端221处的点与第一放电结构11的间距最近(需要说明的是，阴极头22上的某个点到第一放电结构11的距离，是指阴极头22上
的某个点到第一放电结构11的最小距离，因为电弧一定是在间距最短的两个点之间产生的)，因此，等离子电弧3会发生在尖端221与第一放电结构11处(等离子电弧3的一端为尖端221处，另一端落在第一放电结构11上距离尖端221最近的位置)，如图3所示，即，等离子电弧3的发生位置被固定在尖端221处。
24.作为本发明的优选实施方式，第一放电结构11布满阳极1端部的圆周。如图1所示，阳极1顶端的整个圆周均作为第一放电结构11，在进行电极安装时，无论阴极2的尖端221朝向阳极1顶端的哪个位置，电弧3在阴极2上的发生位置均会被固定在尖端221处。
25.阴极头22的尖端221原则上可以是各种形状的尖端，只要能够确保尖端到第一放电结构11的距离比阴极头22上其他位置到第一放电结构11的距离短，即可满足要求。
26.例如，阴极头22可以是金属丝，或者是较细的金属棒，将金属丝或者金属棒的一端固定在阴极2的顶端，金属丝或者金属棒的中心轴与阳极1的中心轴垂直。
27.作为本发明的优选实施方式，阴极头22可以加工成水滴状结构，如图1和图2所示。需要说明的是，这里的水滴状是指阴极头22横截面的形状。水滴状结构的尾部作为第二放电结构中电弧发生位置的尖端。
28.阴极头22与阴极杆21可以是一体件，也可以分体结构。分体结构便于安装，并且加以降低加工难度和加工成本。例如，阴极头22与阴极杆21之间可以通过螺纹连接，阴极头22中心处带有螺纹孔，如图3所示，阴极杆21一端加工外螺纹，如图4所示，安装时，可以通过旋转阴极头22来调整尖端221的方向。
29.作为本发明的优选实施方式，第一放电结构11可以加工成图2所示的圆形台阶结构，图5给出了圆形台阶结构的轴向剖面图，由图5可知，圆形台阶的径向截面呈梯形。圆形台阶结构能够在轴线方向对放电位置进行限定，而尖端221能够在圆周方向对放电位置进行限定，二者配合，能够将放电位置进行固定。
30.进一步地，第一放电结构11与阳极1之间可以是一体件，也可以是分体结构。采用分体结构时，二者之间可以采用螺纹方式进行固定，第一放电结构11的外螺纹配合金属圆管的内螺纹，或者第一放电结构11的内螺纹配合金属圆管的外螺纹。
31.此外，本实施方式中，电弧产生的位置主要取决于阴极2的尖端221，因此，第一放电结构11可以不必是图2所示的完成的圆形台阶结构，例如可以是图2所示圆形台阶的一部分。需要说明的是，如果第一放电结构11为图2所示圆形台阶的一部分，那么阴极头22的尖端221的朝向必须是可调的，例如阴极头22与阴极杆21之间采用图3和图4所示的连接方式，将阴极头22的尖端221朝向调整到第一放电结构11的角度。
32.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
33.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。
34.本领域那些技术人员可以理解，可以把实施例中的两个或多个特征组合成一个特征，以及此外可以把它们分成多个特征。除了这样的特征或者特征中的至少一些是相互排
斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
35.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
36.尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。

技术特征：

1.一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器，包括同轴设置的阳极和阴极，所述阳极呈圆管状，所述阴极位于所述阳极的内部，所述阳极的端部设置有第一放电结构，其特征在于，所述阴极包括阴极杆和阴极头，所述阴极头位于所述阴极杆的端部，所述阴极头作为第二放电结构，所述第二放电结构设置有向外凸起的尖端，所述尖端朝向所述第一放电结构。2.如权利要求1所述的等离子电弧发生器，其特征在于，所述第一放电结构布满所述阳极端部的圆周。3.如权利要求1或2所述的等离子电弧发生器，其特征在于，所述阴极头为水滴状结构，并且所述水滴状结构的尾部指向所述第一放电结构。4.如权利要求1所述的等离子电弧发生器，其特征在于，所述阴极头与阴极杆之间可拆卸连接。5.如权利要求4所述的等离子电弧发生器，其特征在于，所述阴极头与阴极杆之间通过螺纹进行连接。6.如权利要求1所述的等离子电弧发生器，其特征在于，所述第一放电结构向内侧凸起。7.如权利要求1所述的等离子电弧发生器，其特征在于，所述第一放电结构与所述阳极之间可拆卸连接。

技术总结

一种固定电弧发生位置的等离子电弧发生器，涉及等离子电弧发生器，目的是为了解决现有的等离子电弧发生器由于阴、阳极结构不合理，导致等离子电弧发生位置不固定，不利于对电弧进行观测的问题。本发明包括同轴设置的阳极和阴极，所述阳极呈圆管状，所述阴极位于所述阳极的内部，所述阳极的端部设置有第一放电结构，所述阴极包括阴极杆和阴极头，所述阴极头位于所述阴极杆的端部，所述阴极头作为第二放电结构，所述第二放电结构设置有向外凸起的尖端，所述尖端朝向所述第一放电结构。本发明能够将等离子电弧的发生位置固定在阴极的尖端处，极大地方便了科学研究时对电弧的观察与测量，具有很强的实用价值。具有很强的实用价值。具有很强的实用价值。