РАЗРЯДНИК ДЛЯ КАСКАДНОГО ГЕНЕРАТОРА С ГАЗОВЫМ НАПОЛНЕНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК H01T2/02 

Изобретение относится к импульсной сильноточной технике и может быть использовано при создании разрядников для каскадных генераторов высокого напряжения (генераторов Аркадьева-Маркса, Фитча и др.) с газовой изолирующей средой.

Известен газовый разрядник (авторов Авилова Э.А., Эльяш С.Л. и Юрьева А.Л., патент RU №2120153, кл. МПК H01J 17/02, опубл. в Бюл №28, 98 г.), содержащий неразборную герметичную оболочку, образованную металлическим корпусом и керамическим изолятором в виде полого усеченного конуса, на меньшем основании которого расположен один электрод, а другой электрод закреплен на внутренней торцевой поверхности корпуса. Данный разрядник обладает высокой прочностью, термостойкостью и стабильностью длины межэлектродного промежутка, но при этом имеет высокую стоимость, настроен только на одно напряжение пробоя и не подлежит восстановлению при выходе из строя, постольку имеет неразборную конструкцию. Изготовление металлокерамической оболочки требует применения высоких технологий и поэтому, как правило, не может осуществляться непосредственно на предприятиях, эксплуатирующих данные разрядники.

Известен газовый разрядник (авторов Балакина В.А. Глушкова С.Л., Мыскова Г.А., Путевского С.А., патент RU №2339139 С1, кл. МПК Н01Т 2/02, опубл. 20,11.2008 в Бюл. №32), содержащий герметичный диэлектрический корпус с расположенными в нем электродами, причем корпус выполнен в виде усеченного конуса. Разрядник имеет разборную конструкцию, при необходимости его детали могут подвергаться очистке и доработке с целью восстановления работоспособности Диэлектрический корпус, выполняющий роль изолятора, обычно выполнен из капролона и поэтому может быть изготовлен в любой механической мастерской.

Недостатком этого разрядника является отсутствие возможности оперативной регулировки напряжения пробоя без его разборки. Кроме того, требование герметичности корпуса не позволяет использовать ультрафиолетовую подсветку последующего разрядника от искрового пробоя предыдущего Ультрафиолетовая подсветка способствует инициированию пробоя промежутка с большей надежностью, что особенно важно при проведении дорогостоящих опытов.

Наиболее близким к заявляемому является разрядник для каскадного генератора с газовым наполнением (Э. Н, Абдуллин, В.Н Киселев, А.В. Морозов, Yongpeng Zhao. Генератор импульсов тока с промежуточным накопителем для работы на индуктивно-резистивную нагрузку. // ПТЭ. 2011. №4, С. 62-69), содержащий электроды с изменяемым межэлектродным промежутком, причем электроды закреплены на изолирующих элементах и находятся в газовой среде генератора.

Электроды выполнены шаровыми и расположены внутри колонны генератора таким образом, что межэлектродные промежутки разрядников располагаются вдоль оси генератора. При этом ультрафиолетовое излучение от искрового пробоя сработавшего разрядника подсвечивает промежуток последующего разрядника. Напряжения пробоя всех разрядников могут оперативно изменяться путем регулировки давления рабочего газа в объеме генератора.

Недостатками данного разрядника являются.

- зависимость величины межэлектродного промежутка от температуры рабочего газа генератора, вызванная высоким температурным коэффициентом расширения изолирующих элементов крепления электродов,

- открытая конструкция разрядника, что приводит к интенсивному взаимному запыленню соседних разрядников продуктами эрозии электродов;

- сложность процесса регулировки межэлектродного промежутка для регулировки напряжения пробоя

Задачей данного изобретения является создание разрядника для каскадных генераторов высокого напряжения с газовой изолирующей средой, простого в изготовлении и обслуживании, со стабилизированным после настройки напряжением пробоя и высокой надежностью работы.

Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей за счет компенсации температурных изменений межэлектродного промежутка, возможности оперативной регулировки межэлектродного промежутка, обеспечения надежной фиксации регулировочных элементов и повышения ресурса разрядника.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным разрядником для каскадного генератора с газовым наполнением, содержащим электроды с изменяемым межэлектродным промежутком, причем электроды закреплены на изолирующих элементах и находятся в газовой среде генератора, новым является то, что один из изолирующих элементов представляет собой диэлектрический корпус, а другой - конический полый изолятор, закрепленный своим большим основанием во внутренней полости корпуса при помощи резьбового соединения, первый электрод установлен на меньшем основании конического изолятора, второй электрод закреплен на внутреннем торцевом выступе корпуса, в стенке корпуса перпендикулярно его оси равномерно по окружности выполнены четыре отверстия, расположенные напротив межэлектродного промежутка, для фиксации заданного положения полого конического изолятора, в корпусе выполнены два радиальных резьбовых отверстия, в которых расположены диэлектрические винты, между винтами и коническим изолятором имеются вставки из упругого диэлектрического материала.

Кроме того, корпус и конический полый изолятор выполнены из органического стекла, винты - из капролона, диэлектрические вставки - из полиуретана.

Выполнение одного из изолирующих элементов в виде диэлектрического корпуса и другого в виде конического полого изолятора, а также соединение их при помощи резьбы позволяет:

- устранить запыление других, близко расположенных разрядников продуктами эрозии электродов благодаря наличию практически полностью закрытого корпуса, это способствует повышению ресурса и надежности разрядника,

- при указанном расположении электродов в несколько раз снизить зависимость длины межэлектродного промежутка от температуры благодаря тому, что увеличение промежутка при температурном расширении корпуса одновременно компенсируется уменьшением промежутка при расширении конического изолятора, что способствует стабилизации напряжения пробоя разрядника,

- обеспечить удобную регулировку межэлектродного промежутка при осевом вращении конического изолятора, фиксация положения изолятора (и соответствующей ему величины межэлектродного промежутка) осуществляется диэлектрическими винтами через вставки из упругого диэлектрического материала, это позволяет надежно фиксировать межэлектродный промежуток и в то же время при необходимости устранять фиксацию без заклинивания конического изолятора в резьбовом соединении

Одна пара соосных отверстий в стенке корпуса служит для прохождения ультрафиолетовой подсветки от искровых пробоев, другая пара - для контроля величины межэлектродного промежутка при помощи измерительного щупа, который в значительной степени упрощает точную настройку разрядника на требуемое напряжение пробоя.

Таким образом, все отличительные признаки заявляемого разрядника направлены на достижение технического результата.

На фиг. приведена конструкция заявляемого разрядника, где:

1 - диэлектрический корпус;

2 - конический полый изолятор,

3, 4 - электроды;

5, 6 - скользящие контакты;

7 - диэлектрический винт;

8 - вставки из упругого диэлектрического материала;

9 - отверстия в боковой стенке корпуса.

Заявляемый разрядник предназначен для работы в каскадном генераторе с газовым наполнением и содержит корпус 1, в торцевом резьбовом отверстии которого своим большим основанием закреплен конический полый изолятор 2. На меньшем основании изолятора 2 установлен электрод 3. Такой же электрод 4 установлен на внутреннем торцевом выступе корпуса 1, образуя с электродом 3 заданный межэлектродный промежуток. Механическое закрепление электродов производится скользящими контактами 5 и 6. Контакты имеют наружные участки с коническими за концовками для электрического включения в контур каскадного генератора при помощи ответных цанговых контактов (на рисунке не показаны). Конические законцовки контактов 5 и 6 служат для упрощения процесса стыковки их с цанговыми контактами. Регулировка межэлектродного промежутка производится вращением изолятора 2, а его фиксация - двумя винтами 7, которые расположены в боковых резьбовых отверстиях корпуса 1. Винты зажимают резьбовой участок конического полого изолятора 2 через диэлектрические вставки 8, предотвращая угловые смещения изолятора 2 и связанные с ними изменения межэлектродного промежутка. Наличие вставок 8, выполненных из полиуретана, гарантирует сохранность резьбового соединения корпуса 1 и изолятора 2, надежную фиксацию этих деталей и в то же время отсутствия эффекта заклинивания резьбы при ослаблении винтов 7. Напротив центра межэлектродного промежутка, в боковой стенке корпуса 1 выполнены четыре боковых отверстия 9. Одна пара служит для прохождения ультрафиолетового излучения внутрь описываемого разрядника от соседнего и наоборот, другая пара - для вставки измерительного щупа в межэлектродный промежуток при его настройке Это позволяет оперативно производить точную настройку межэлектродных промежутков всех разрядников без разборки колонны каскадного генератора. Отверстия 9 служат одновременно для сообщения объема разрядника с объемом генератора.

Работает заявляемый разрядник следующим образом, В составе каскадного генератора, при подаче высокого напряжения через скользящие контакты 5 и 6 на электроды 3 и 4 разрядника, в межэлектродном промежутке возникает электрическое поле. Когда напряженность поля достигает пробивной для рабочего газа (азот или смесь азота с элегазом), создаются условия для быстрого формирования канала разряда. После этого происходит быстрое увеличение проводимости разрядника, замыкание его межэлектродного промежутка, в результате чего разрядник осуществляет переключение каскада на последовательное соединение с последующим каскадом генератора. При этом в зоне искрового пробоя межэлектродного промежутка происходит генерация ультрафиолетового излучения, которое через отверстия 9 в стенке корпуса 1 поступает в разрядник последующего каскада, инициируя пробой его межэлектродного промежутка.

В примере конкретного выполнения были изготовлены и испытаны разрядники в количестве трех экземпляров на номинальное напряжение до 120 кВ. Электроды были выполнены из сплава ВНЖ7-3, корпус и полый конический изолятор - из органического стекла, диэлектрические винты - из капролона ПА6, диэлектрические вставки - из упругого материала ВИТУР4, скользящие контакты - из латуни. Разрядники были установлены в трехкаскадном генераторе, собранном по схеме Аркадьева-Маркса и заполненном смесью элегаза и азота в пропорции 1:10 до давления 1.2 МПа. Настройка величин межэлектродных промежутков была произведена в следующем порядке:

- разрядник первого каскада - 3 мм,

- разрядник второго - 3.5 мм;

- разрядник третьего каскада - 4 мм

При импульсной зарядке (длительность 5 мкс) конденсаторов каскадов до 120 кВ разрядники обеспечивали надежные срабатывания генератора в течение 200 включений.

Изобретение относится к разряднику для каскадного генератора с газовым наполнением. Разрядник содержит электроды с изменяемым межэлектродным промежутком, причем электроды закреплены на изолирующих элементах и находятся в газовой среде генератора. Причем один из изолирующих элементов представляет собой диэлектрический корпус, а другой - конический полый изолятор, закрепленный своим большим основанием во внутренней полости корпуса при помощи резьбового соединения. Первый электрод установлен на меньшем основании конического изолятора, второй электрод закреплен на внутреннем торцевом выступе корпуса. Кроме того, в стенке корпуса перпендикулярно его оси равномерно по окружности выполнены четыре отверстия, расположенные напротив межэлектродного промежутка, для фиксации заданного положения полого конического изолятора, также в корпусе выполнены два радиальных резьбовых отверстия, в которых расположены диэлектрические винты, между винтами и коническим изолятором имеются вставки из упругого диэлектрического материала. Техническим результатом является повышение ресурса разрядника за счет компенсации температурных изменений и возможности оперативной регулировки межэлектродного промежутка при сохранении надежной фиксации регулировочных элементов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Разрядник для каскадного генератора с газовым наполнением, содержащий электроды с изменяемым межэлектродным промежутком, причем электроды закреплены на изолирующих элементах и находятся в газовой среде генератора, отличающийся тем, что один из изолирующих элементов представляет собой диэлектрический корпус, а другой - конический полый изолятор, закрепленный своим большим основанием во внутренней полости корпуса при помощи резьбового соединения, первый электрод установлен на меньшем основании конического изолятора, второй электрод закреплен на внутреннем торцевом выступе корпуса, в стенке корпуса перпендикулярно его оси равномерно по окружности выполнены четыре отверстия, расположенные напротив межэлектродного промежутка, для фиксации заданного положения полого конического изолятора, в корпусе выполнены два радиальных резьбовых отверстия, в которых расположены диэлектрические винты, между винтами и коническим изолятором имеются вставки из упругого диэлектрического материала.

2. Разрядник для каскадного генератора с газовым наполнением по п. 1, отличающийся тем, что корпус и конический полый изолятор выполнены из органического стекла, винты - из капролона, диэлектрические вставки - из полиуретана.