Газонаповнений розрядник

Газонаповнений розрядник, що містить розрядну камеру із співвісно розташованими на відстані міжелектродного проміжку анодом і катодом, струмопідводи електродів, роздільний ізолятор і закріплений на ньому коаксіально електродам порожнистий екран з отворами у верхній і нижній частинах, який відрізняється тим, що отвори в нижній частині порожнистого екрана виконані у внутрішній бічній стінці екрана на довжині, що дорівнює міжлектродному проміжку, а у верхній частині - у зовнішній бічній стінці екрана на відстані L від найближчого отвору на внутрішній бічній стінці екрана, що дорівнює: де LECK - відстань від зовнішньої бічної стінки екрана до внутрішньої бічної поверхні струмопідводу катода, м. C2 2 Винахід відноситься до конструкції високовольтних розрядників, що використовуються в техніці великих імпульсних струмів, для комутації розрядних кіл ємнісних накопичувачів енергії в генераторах імпульсних струмів різного призначення. Відомий вакуумний розрядник [див. журнал «Вакуумный разрядник. Приборы и техника эксперимента» 1971г. №6.стр. 134], який здатен комутувати великі струми, в якому, для захисту внутрішніх поверхонь ізолятору розрядника від впливу плазми, використовують екрани. Він складається з розрядної камери, що містить анод і катод, струмопідводів електродів і роздільного ізолятора, на якому закріплені металеві екрани. Суттєвими ознаками аналогу, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі: основні електроди (анод і катод), роздільний ізолятор і металеві екрани. Причиною, що перешкоджає отриманню аналогом очікуваного технічного результату, є те, що відома конструкція не дозволяє отримати довгострокову стабільну роботу розрядника, тому що продукти ерозії електродів розрядника відбиваються від розташованого напроти розрядного проміжку металевого екрана, і знову попадають у розрядний проміжок, тим самим порушуючи стабільну роботу розрядника. Прототипом винаходу, що заявляється, є газонаповнений розрядник [А.с. CPCP №604052 МПК 2 H01J 17/00/ опубл. 25.04.78. БИ №15], що містить розрядну камеру із співвісно розташованими на відстані міжелектродного проміжку анодом ι катодом, струмопідводи електродів, роздільний ізолятор і закріплений на ньому коаксиально електродам порожнистий екран з отворами у верхній і нижній частинах. Ознаками прототипу, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі: розрядна камера із співвісно розташованими на відстані міжелектродного проміжку анодом і катодом, струмопідводи електродів, роздільний ізолятор і закріплений на ньому коаксиально електродам порожнистий екран з отворами у верхній і нижній частинах. UA 1 L = (3 ¸ 5 )LEA , L де EA - відстань від бічної поверхні робочої частини анода до внутрішньої бічної стінки екрана, м; при цьому струмопідвід катода виконаний у вигляді склянки, розташованої співвісно електродам, а екран розташований від анода на відстані, що дорівнює: LEA = (1 ¸ 2)BE , B де E - величина зазору між внутрішньою і зовнішньою бічними стінками екрана, м; а від струмопідводу катода - на відстані, що дорівнює: (19) (11) 84916 (13) LECK = (1 ¸ 2)LEA , 3 84916 Причиною, що перешкоджає отриманню прототипом очікуваного технічного результату є те, що при комутації великих імпульсних струмів плазма, що утвориться при розряді, виносить у розрядну камеру іонізований газ і продукти ерозії електродів, що відбиваючи від екрана і ізолятора, знову попадають у район міжелектродного проміжку, викликаючи нестабільні спрацьовування розрядника В міру накопичування в розрядному проміжку продуктів ерозії цей процес інтенсифікується, що згодом приводить до виходу розрядника з ладу. Крім того, у цій конструкції розрядника плазма може взаємодіяти з ізолятором. Виключення складає лише ідеальний випадок, коли розряд виникає точно по центру електрода і ударна хвиля в радіальному напрямку поширюється в усі сторони рівномірно. У результаті взаємодії плазми з ізолятором відбувається його обгорання і сублімація, що приводить до зниження довговічності розрядника. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення газонаповненного розрядника шляхом зміни його конструктивних елементів, що дозволить зменшити кількість продуктів розряду в розрядній камері, видалити ізолятор від міжелектродного проміжку, знизити імовірність пробоїв між анодом і струмопідводом катода і, за рахунок цього, збільшити довговічність і час стабільної роботи газонаповненного розрядника, а також розширити його технологічні можливості. Суть даного винаходу полягає в тому, що в газонаповненному розряднику, що містить розрядну камеру із співвісно розташованими на відстані міжелектродного проміжку анодом і катодом, струмопідводи електродів, роздільний ізолятор і закріплений на ньому коаксиально електродам порожнистий екран з отворами у верхній і нижній частинах, відповідно до винаходу, отвори в нижній частині порожнистого екрана виконані у внутрішній бічній стінці екрана на довжині, що дорівнює міжлектродному проміжку, а у верхній частині - у зовнішній бічній стінці екрана на відстані L від найближчого отвору на внутрішній бічній стінці екрана, що дорівнює: L = (3¸5)LEA, де LEA - відстань від бічної поверхні робочої частини анода до внутрішньої бічної стінки екрана, м; при цьому стр умопідвід катода виконаний у вигляді склянки, розташованої співвісно електродам, а екран розташований від анода на відстані, що дорівнює: LEA=(1¸2)BE, де ВЕ - величина зазору між внутрішньою і зовнішній бічними стінками екрана, м; а від струмопідводу катода - на відстані, що дорівнює: LECK = (1¸2)LEA, де LECK - відстань від зовнішньої бічної стінки екрана до внутрішньої бічної поверхні струмопідводу катода, м. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак газонаповненного розрядника, що заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти, необхідно відзначити наступне: 4 Ознаки: "Отвори в нижній частині порожнистого екрана виконані у вн утрішній бічній стінці екрана на довжині, що дорівнює міжелектродному проміжку, а у верхній частині - у зовнішній бічній стінці екрана на відстані L від найближчого отвору на внутрішній бічній стінці екрана, що дорівнює: L = (3¸5)LEA " При такому розташуванні отворів у порожнистому екрані продукти розряду, що потрапили через отвори усередину порожнистого екрана, під дією ударної хвилі просуваються в порожнині екрана до отворів у верхній його частині, і, через обернено пропорційну залежність тиску фронту ударної хвилі від відстані, амплітуди тиску у верхній і нижній частинах екрана будуть відрізнятися на порядок. Тому основна частина продуктів розряду не буде викинута через отвори у верхній частині екрана за його межі, а залишиться усередині, осівши на його внутрішніх стінках і на дні. Ознаки:..."стр умопідвід катоду виконаний у вигляді склянки, розташованої співвісно електродам, а екран розташований від анода - на відстані, що дорівнює: LEA=(1¸2)BE, де ВЕ - величина зазору між внутрішньою і зовнішньою бічними стінками екрана, м; а від струмопідводу катода - на відстані, що дорівнює: LECK = (1¸2)LEA , де LECK - відстань від зовнішньої бічної стінки екрана до внутрішньої бічної поверхні струмопідводу катода, м." Виконання струмопідводу катода у вигляді склянки, розташованої співісно електродам дозволяє реалізувати коаксіальну електродну систему і використовува ти його як корпус газонаповненого розрядника. При виконанні екрана мінімальної ширини, достатньої для одержання будь-скільки істотного ефекту уловлювання екранованих частинок (відстань від екрана до анода і до циліндричного струмопідводу катода дорівнює LEA = LECK), сумарна електрична міцність проміжків: анод - екран і екран - катод, а також проміжку екран - циліндричний струмопідвід катода приблизно однакові і мають максимальне значення. Видалення екрана від електродів розрядника не підвищує сумарної електричної міцності проміжку анод - екран і екран - струмопідвід катода, а імовірність улучення ерозійних частинок у внутрішню порожнину екрана знижується. Наближення ж екрана такої ширини до міжелектродного проміжку розрядника з метою забезпечення влучення максимальної кількості продуктів розряду у вн утрішню порожнину екрана так, щоб виконувалися співвідношення: LEA = 2ВЕ, LECK = 2LЕА, знижує сумарну електричну міцність проміжків анод - екран і екран катод у порівнянні з максимально можливої в 1,5 рази. Подальше незначне зменшення відносини цього співвідношення різко підвищує напруженість поля в зазначених проміжках і, тому, є недоцільним. Величина опору, яка перешкоджає влученню усередину екрана продуктів розряду, що робить ударна хвиля, яка пройшла крізь отвори на внут 5 84916 рішній бічній стінці екрана і відбилася від його зовнішньої стінки, залежить від ширини екрана. При фіксованій величині відстані від екрана до анода без зменшення запасу електричної міцності ширина екрана може бути збільшена таким чином, щоб виконувалися співвідношення: LEA =BE, LECK =LEA, Отже дані співвідношення є оптимальними з погляду забезпечення достатнього запасу електричної міцності між електродами розрядника й екраном і виконання екраном функції уло влювання ерозійних частин. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому показано поздовжній розріз газонаповненого розрядника. Газонаповнений розрядник містить розрядну камеру 1, заповнену газом до тиску, що відповідає правій гілці кривої Пашена, співвісно розташовані анод 2 і катод 3, робочі поверхні яких утворюють розрядний проміжок 4, струмопідвід анода 5, виконаний у вигляді склянки, розташований співісно електродам, струмопідвід катода 6, який служить корпусом розрядника, роздільний ізолятор 7 і закріплений на ньому коаксиально електродам за допомогою металевого кільця 8 порожнистий екран 9 з отворами 10 і 11 відповідно у нижній і верхній частинах. Отвори 10 у нижній частині порожнистого екрана 9 виконані у вн утрішній бічній стінці екрана 12 по довжині, що дорівнює міжелектродному проміжку. Отвори у вер хній частині 11 виконані в зовнішній бічній стінці 13 екрана на відстані L від найближчого отвору на вн утрішній бічній стінці екрана, що дорівнює: L = (3¸5)LEA Екран 9 розташований від анода 2 на відстані, що дорівнює: LEA =(1¸2)ΒΕ, де ВЕ - величина зазору між внутрішньою 12 і зовнішньою 13 бічними стінками екрана 9, м, а від струмопідводу катода 6 на відстані, що дорівнює: LЕСК = (1¸2)LЕА , де LECK- відстань від зовнішньої бічної стінки 13 екрана до внутрішньої бічної поверхні струмопідводу катода 6, м. Розрядник працює таким чином. При підвищенні напруги на аноді 2 і катоді 3 розрядника до 6 пробивного значення в міжелектродному проміжку 4 виникає розряд. Аксіальне розташування анода 2 і катода 3 і коаксіальне струмопідводів 5 i 6 сприяє виникненню електродинамічних сил, що діють на канал розряду в радіальному від осі розрядника напрямку. При цьому відбувається викид продуктів розряду й іонізованого газу до отворів 10 у нижній частині екрана 9, розташованих на його внутрішній стінці, навпроти міжелектродного проміжку 4. Продукти розряду, що потрапили через отвори 10 усередину порожнистого екрана 9, під дією ударної хвилі просуваються в порожнині екрана до отворів 11 у верхній його частині. Відстань L між отворами 10 і 11 у нижній і верхній частинах екрана обрана в 3 ¸ 5 разів більше відстані LEA від екрана 9 до анода 2. Це приводить до того, що завдяки обернено пропорційній залежності тиску у фронті ударної хвилі від відстані, тиск в зазначених точках екрана 9 буде відрізнятися на порядок. Тому основна частина продуктів розряду не буде викинута через отвори 11 за межі екрана 9, а залишиться усередині, осівши на його внутрішніх стінках і на дні. Отвори 11 у верхній частині екрана 9 виконані на його зовнішній стінці 13, тому що в противному випадку частина продуктів розряду, що пройшла через них і знову потрапила у район міжелектродного проміжку 4, може викликати погіршення стабільності роботи розрядника. При виконанні отворів 11 на зовнішній стінці екрана 9 ерозійні частки, потрапивши в простір між екраном 9 і струмопідводом 6 катода і на ізолятор 7 практично не викликають зниження їхньої електричної міцності. Таким чином, у даній конструкції розрядника досягається підвищення довговічності і стабільності роботи за рахунок зменшення кількості продуктів розряду в розрядній камері, зниження імовірності пробоїв між анодом і струмопідводом катода, видалення ізолятора від межэлектродного проміжку, а значить зменшення впливу на нього плазми, що утвориться при розряді. Використання даного газонаповненого розрядника дозволяє істотно розширити можливість поширення технологічних установок, що використовують як технологічний інструмент електрогідравлічний ефект, магнітоімпульсну обробку, вплив імпульсним електричним струмом на розплави металів та інші. 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 84916 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601