本發明涉及層流等離子發生器技術領域，更具體地說涉及一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構。
背景技術：
等離子態是物質的第四態，宇宙中幾乎99﹪的物質（不包括尚未確認的暗物質）都處于等離子態。等離子體射流與一般流體在流動特征上有相似性，具有兩種流動狀態：層流與湍流。對某一指定流體，當其流速小于一特定值時，流體作有規則的層狀或流束狀運動，流體質點沒有橫向運動，質點間互不干擾地前進，這種流動形式叫層流；當流體流速大于該值時，流體有規則的運動遭到破壞，質點除了主要的縱向運動外還有附加的橫向運動，流體質點交錯混亂地前進，這種流動形式叫湍流。
等離子體其溫度分布范圍則從10 K的低溫到核聚變等離子體的 10億K超高溫并擁有一系列獨特性質，使等離子體在納米材料生產、新材料合成、熱加工制造、冶煉、鉆探、煤化工、垃圾廢物處理、材料表面處理、電子、新能源、軍事、航空航天等領域獲得廣泛應用。
在等離子體高溫熱源方面，目前應用十分廣泛的電弧等離子體射流絕大部分采用湍流形態工作，這是由現有湍流電弧等離子體射流發生器技術和工作原理決定的。電弧等離子發生器分為層流和湍流兩種，其關鍵技術是發生器結構設計。
近幾十年來，等離子體發生器的研制及等離子診斷技術的開發均取得了巨大的進展，并且等離子體研制與開發的重點已不再局限與航天航空方面的應用，而是更多地轉向機械、化工、冶金、環保等工業部門的應用，特別是在材料加工與新材料研制方面的應用。對于工業生產性的應用，要求等離子體發生器有較長的壽命和較高的效率。然而在實際工程應用中，等離子體流呈現復雜的流動狀況，特別是大尺寸、大流量、大功率的工業等離子體裝置中則通常為湍流流動。
因此，在工業應用中，希望等離子體射流穩定地維持在層流狀態，這就需要把握等離子體在發生器中形成的各個環節，控制所有影響電弧穩定性的擾動因素，克服等離子體射流的湍動性，才能產生出高溫區域長、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術中存在的缺陷和不足，本發明型提供了一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構，本發明的發明目的旨在于解決現有技術中等離子體流不穩定，呈現湍流的現象，本發明的大功率層流電弧等離子體束發生器，可以克服等離子體射流的湍動性，能夠產生出高溫區域長、能量衰減慢而分布均勻、噪音小、有利于電弧能量的有效利用和便于工藝控制的等離子體射流。
為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明是通過下述技術方案實現的：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構，其特征在于：包括陰極保護罩冷卻密封結構、進氣密封結構和陽極冷卻密封結構；所述陰極保護罩冷卻密封結構包括陰極保護罩，所述進氣密封結構包括進氣環、陰極連接柱和陽極固定座，所述陰極保護罩套在陰極連接柱上，且與陰極連接柱之間形成氣流通道，所述進氣環通過密封件套在陰極連接柱上，且外側設置在陽極固定座內；所述進氣環、陽極固定座、密封件和陰極保護罩形成工作氣腔，所述氣流通道與工作氣腔連通，連通處設置有單向閥，所述進氣環上設置有出氣口，所述出氣口出設置單向閥，工作氣體由氣流通道進入到工作氣腔內，再經進氣環的出氣口進入到電離腔內進行電離。
所述工作氣腔內設置有彈簧件，所述彈簧件一端固定在進氣環上，另一端固定在陽極固定座上。
所述陽極固定座上設置有與進氣環配合的滑動槽，所述進氣環在滑動槽內滑動。
所述進氣環內部設置有氣道，所述氣道沿進氣環徑向螺旋分布。
所述進氣環的外表面與電離腔接觸的表面上設置有一層絕緣層。
所述陰極保護罩冷卻密封結構還包括進水管和出水管，所述進水管設置在保護罩側壁內部，所述出水管與進水管并列設置在保護罩側壁內部；所述進水管的端部與出水管的端部連通。
所述進水管和出水管均沿保護罩軸向螺旋分布。
所述陽極冷卻密封結構包括陽極外殼、陽極頭、電弧通道和冷卻水管，所述冷卻水管貫穿陽極外殼、陽極頭和電弧通道，且設置在陽極外殼、陽極頭和電弧通道側壁的內部。
與現有技術相比，本發明所帶來的有益的技術效果表現在：
1、與現有技術相比，本發明的層流電弧等離子體束發生器的密封結構能夠實現層流等離子高弧壓、小電流的工作模式，結構相對較為合理，能夠形成層流等離子射流。本發明中陽極部分和陰極部分的分布，陰極電離腔的形成，有助于穩定等離子射流。本發明的層流電弧等離子體束發生器產生的射流性能優異，不能可以長時間穩定運行，而且產生的射流具有長度長、能量密度集中、軸向溫度梯度小、噪聲低、可控性好、可重復、精度高等突出優點。
2、在陰極罩與陰極連接柱之間設置氣流通道，工作氣體從氣流通道進入到進氣環，在工作氣體輸送過程中，被陰極連接柱加熱，防止因電離腔內溫度較高而形成較高氣壓，阻擋工作氣體輸送的現象，同時可以利用陰極連接柱的熱量，綜合利用資源。
3、本發明中工作氣腔的設置可以存儲一定量的工作氣體，同時在電離腔內溫度較高時，氣壓增加，在進氣環出口的單向閥的作用下，電離腔內的氣壓會擠壓進氣環向工作氣腔移動，而在工作氣腔與氣流通道之間的單向閥的作用下，工作氣腔密封，工作氣腔內氣壓升高，可以調節電離腔內氣體的氣壓，使得電離腔與工作腔內的氣壓達到平衡，緩解由于電離腔內溫度升高而與氣流通道內的工作氣體形成的氣壓差，可以保證工作氣體的順利輸送，保證了層流等離子的穩定性。
4、陽極固定座上設置滑動槽，使得進氣環可以在陽極固定座上滑動，從而達到調節電離腔和工作氣腔之間的氣壓平衡。
5、進氣環內的螺旋氣道，可以存儲一定量的工作氣體，可以有效的利用陰極頭的溫度在工作氣體輸送過程中進行升溫，使其與電離腔內的工作氣體溫度相近，防止電離腔內對輸入的工作氣體的阻隔，提高了層流等離子射流的穩定性。同時，螺旋式分布的工作氣體，其在壓縮的情況下，也在工作氣腔的情況下，能夠保證在存在氣壓差的情況下，仍能繼續順利輸送工作氣體。
6、陰極保護罩的冷卻密封結構，一方面為了對陰極連接柱進行冷卻，另一方面可以降低保護罩的溫度，從而防止熱量傳遞到槍體底座和槍體的殼體上，防止對外界的影響，保證槍體的安全性能，本發明的保護罩分布兩個管道，進水管和出水管，進水管用于冷卻陰極連接柱，出水管用于冷卻保護罩。
7、本發明的陽極冷卻密封結構是通過一個冷卻水管貫穿整個陽極部分，冷卻水管貫穿陽極外殼、電弧通道和陽極頭，即對陽極外殼進行冷卻，防止陽極外殼溫度過高，對外界環境進行影響；又對電弧通道進行冷卻，可以穩定層流等離子射流；還對陽極頭進行冷卻，可以延長陽極頭的使用壽命。
附圖說明
圖1為本發明整體結構示意圖；
附圖標記：1、陰極保護罩，2、進氣環，3、陰極連接柱，4、陽極固定座，5、氣流通道，6、密封件，7、工作氣腔，8、單向閥，9、出氣口，10、電離腔，11、彈簧件，12、滑動槽，13、氣道，14、絕緣層，15、進水管，16、出水管，17、陽極外殼，18、陽極頭，19、電弧通道，20、冷卻水管。
具體實施方式
實施例1
作為本發明一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構，包括陰極保護罩冷卻密封結構、進氣密封結構和陽極冷卻密封結構；所述陰極保護罩冷卻密封結構包括陰極保護罩1，所述進氣密封結構包括進氣環2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側設置在陽極固定座4內；所述進氣環2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設置有單向閥8，所述進氣環2上設置有出氣口9，所述出氣口9出設置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內，再經進氣環2的出氣口9進入到電離腔10內進行電離。
實施例2
作為本發明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構，包括陰極保護罩冷卻密封結構、進氣密封結構和陽極冷卻密封結構；所述陰極保護罩冷卻密封結構包括陰極保護罩1，所述進氣密封結構包括進氣環2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側設置在陽極固定座4內；所述進氣環2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設置有單向閥8，所述進氣環2上設置有出氣口9，所述出氣口9出設置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內，再經進氣環2的出氣口9進入到電離腔10內進行電離；
所述工作氣腔7內設置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設置有與進氣環2配合的滑動槽12，所述進氣環2在滑動槽12內滑動。
實施例3
作為本發明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構，包括陰極保護罩冷卻密封結構、進氣密封結構和陽極冷卻密封結構；所述陰極保護罩冷卻密封結構包括陰極保護罩1，所述進氣密封結構包括進氣環2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側設置在陽極固定座4內；所述進氣環2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設置有單向閥8，所述進氣環2上設置有出氣口9，所述出氣口9出設置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內，再經進氣環2的出氣口9進入到電離腔10內進行電離；
所述工作氣腔7內設置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設置有與進氣環2配合的滑動槽12，所述進氣環2在滑動槽12內滑動；所述進氣環2內部設置有氣道13，所述氣道13沿進氣環2徑向螺旋分布；所述進氣環2的外表面與電離腔10接觸的表面上設置有一層絕緣層14。
實施例4
作為本發明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構，包括陰極保護罩冷卻密封結構、進氣密封結構和陽極冷卻密封結構；所述陰極保護罩冷卻密封結構包括陰極保護罩1，所述進氣密封結構包括進氣環2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側設置在陽極固定座4內；所述進氣環2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設置有單向閥8，所述進氣環2上設置有出氣口9，所述出氣口9出設置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內，再經進氣環2的出氣口9進入到電離腔10內進行電離；
所述工作氣腔7內設置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設置有與進氣環2配合的滑動槽12，所述進氣環2在滑動槽12內滑動；所述進氣環2內部設置有氣道13，所述氣道13沿進氣環2徑向螺旋分布；所述進氣環2的外表面與電離腔10接觸的表面上設置有一層絕緣層14；
所述陰極保護罩1密封結構還包括進水管15和出水管16，所述進水管15設置在保護罩側壁內部，所述出水管16與進水管15并列設置在保護罩側壁內部；所述進水管15的端部與出水管16的端部連通；所述進水管15和出水管16均沿保護罩軸向螺旋分布。
實施例5
作為本發明又一較佳實施例，參照說明書附圖1，本實施例公開了：
一種用于大功率層流電弧等離子體束發生器的密封結構，包括陰極保護罩冷卻密封結構、進氣密封結構和陽極冷卻密封結構；所述陰極保護罩冷卻密封結構包括陰極保護罩1，所述進氣密封結構包括進氣環2、陰極連接柱3和陽極固定座4，所述陰極保護罩1套在陰極連接柱3上，且與陰極連接柱3之間形成氣流通道5，所述進氣環2通過密封件6套在陰極連接柱3上，且外側設置在陽極固定座4內；所述進氣環2、陽極固定座4、密封件6和陰極保護罩1形成工作氣腔7，所述氣流通道5與工作氣腔7連通，連通處設置有單向閥8，所述進氣環2上設置有出氣口9，所述出氣口9出設置單向閥8，工作氣體由氣流通道5進入到工作氣腔7內，再經進氣環2的出氣口9進入到電離腔10內進行電離；
所述工作氣腔7內設置有彈簧件11，所述彈簧件11一端固定在進氣環2上，另一端固定在陽極固定座4上；所述陽極固定座4上設置有與進氣環2配合的滑動槽12，所述進氣環2在滑動槽12內滑動；所述進氣環2內部設置有氣道13，所述氣道13沿進氣環2徑向螺旋分布；所述進氣環2的外表面與電離腔10接觸的表面上設置有一層絕緣層14；
所述陰極保護罩1密封結構還包括進水管15和出水管16，所述進水管15設置在保護罩側壁內部，所述出水管16與進水管15并列設置在保護罩側壁內部；所述進水管15的端部與出水管16的端部連通；所述進水管15和出水管16均沿保護罩軸向螺旋分布；
所述陽極冷卻密封結構包括陽極外殼17、陽極頭18、電弧通道19和冷卻水管20，所述冷卻水管20貫穿陽極外殼17、陽極頭18和電弧通道19，且設置在陽極外殼17、陽極頭18和電弧通道19側壁的內部。