Газорозрядна електронна гармата

Реферат: Газорозрядна електронна гармата містить розміщені в герметичному корпусі холодний увігнутий катод з розвинутою емісійною поверхнею, порожнистий анод, циліндричний канал з розміщеними на ньому магнітними фокусуючими лінзами, фланець кільцеву щілину, штуцер, стрижні, електропровід зі струмознімачем, калібровані канали. UA 74113 U (54) ГАЗОРОЗРЯДНА ЕЛЕКТРОННА ГАРМАТА UA 74113 U UA 74113 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електронної техніки, конкретно - до розробки газорозрядних електронних гармат технологічного призначення, і може знайти застосування у спеціальній електрометалургії, в тому числі для електронно-променевої плавки металів та сплавів. Відомі газорозрядні електронні гармати високовольтного тліючого розряду або з холодним катодом, робота яких основана на використанні електричного розряду між холодними електродами в середовищі газу низького тиску [1]. Основними конструкційними елементами цих гармат є катодний вузол з емітером електронів, анодний вузол з прозорим електродом для проходження променя, променевід з системами фокусування і відхилення променя при проходженні його в технологічну камеру, системи подавання робочого газу і охолодження електродів. В цих гарматах в результаті бомбардування поверхні катода швидкими частками (позитивними іонами і швидкими атомами газу), що виникають при прискоренні і перезарядженні іонів в області катодного падіння потенціалу, утворюється потік електронів. Регенерація і прискорення електронів відбувається в межах розряду за рахунок високої напруги, що підводиться між анодом і катодом. Недоліком вказаних газорозрядних електронних гармат є те, що внаслідок нерівномірного надходження робочого газу, який подається в розрядний проміжок гармати через штуцер, в цьому проміжку утворюються локальні зони з підвищеним вмістом робочого газу, що приводить до нерівномірного формування променя і може бути причиною нестабільної роботи гармати як джерела нагріву. Утворення таких локальних зон обумовлено тим, що подавання робочого газу через штуцер приводить до більш високої концентрації його біля місця введення. Відома також газорозрядна електронна гармата підвищеної потужності з холодним катодом [2], в якій керування струмом здійснюється зміною тиску робочого газу в розрядному проміжку шляхом подавання робочого газу через регулятор тиску і газовий впускний клапан. Недоліком гармати, як і у попередньому випадку, є нерівномірне розповсюдження робочого газу в розрядному проміжку, оскільки його введення через клапан обумовлює більшу концентрацію газу поблизу клапана, з чим пов'язана нестабільна робота гармати. Відомі також спосіб і пристрій приготування і подавання багатокомпонентного робочого газу в розрядний проміжок газорозрядного приладу [3], в якому приготування і подавання багатокомпонентного робочого газу в розрядний проміжок приладу проводиться через камеру змішування. Недоліком цього пристрою є те, що введення робочого газу у розрядний проміжок гармати проводиться через вихідну магістраль, тобто, як і у попередніх випадках, реалізується в одному місці, що обумовлює нерівномірність подавання робочого газу та пов'язане з цим нерівномірне формування променя і нестабільне функціонування гармати. Відома також газорозрядна електронна гармата, в якій нерівномірне формування променя і обумовлений цим нерівномірний обігрів об'єкта в технологічній камері нівелюють за рахунок встановлення в променеводі між фокусними котушками стрижні під кутом 120° з тугоплавкого металу, які можуть переміщуватись у напрямку осі гармати [4]. Ці стрижні електрично зв'язані з фокусними котушками, які в залежності від сигналів, що надходять від стрижнів, проводять корегування променя шляхом подавання на фокусні котушки відповідної напруги. Недоліком цієї гармати є те, що проміжок між стрижнями достатньо великий і це може бути причиною відхилення променя у проміжок між стрижнями, яке не фіксується системою. Найбільш близьким аналогом до технічного рішення, що заявляється, є газорозрядна електронна гармата, що містить розміщені в герметичному корпусі на високовольтному ізоляторі холодний увігнутий катод з розвинутою емісійною поверхнею та співвісно з ним порожнистий анод з отвором в його дні, а також приєднаний співвісно до анода циліндричний канал з розміщеними на ньому магнітними фокусуючими лінзами, в якій приосьова частина дна анода виконана у вигляді охолоджуваного водою фланця з отвором для проходження електронного пучка і між фланцем і конусною частиною дна анода розташована кільцева щілина для напуску робочого газу, який надходить через штуцер в стінці корпуса [5]. Основні недоліки цієї газорозрядної електронної гармати ті ж, що і в розглянутих вище [1], [2], [3] і [4], а саме, нестабільна робота внаслідок нерівномірного подавання робочого газу в розрядний проміжок гармати і пов'язане з цим нерівномірне формування променя. Нерівномірне подавання робочого газу обумовлене тим, що робочий газ, який надходить у розрядний проміжок через кільцеву щілину, більшою мірою надходить в цей проміжок біля штуцера. Ще однією причиною нерівномірного подавання робочого газу може бути те, що щілина може мати різний розмір в різних частинах як наслідок помилок при збиранні гармати, так і в результаті деформації в процесі експлуатації. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення стабільної роботи газорозрядної електронної гармати за рахунок забезпечення рівномірного подавання робочого газу в розрядний проміжок гармати і виключення відхилення променя з зони нагріву. 1 UA 74113 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується тим, що у газорозрядній електронній гарматі, що містить розміщені в герметичному корпусі на високовольтному ізоляторі холодний увігнутий катод з розвинутою емісійною поверхнею та співвісно з ним порожнистий анод з отвором в його дні, а також приєднаний співвісно до анода циліндричний канал з розміщеними на ньому магнітними фокусуючими лінзами, в якій приосьова частина дна анода виконана у вигляді охолоджуваного водою фланця з отвором для проходження електронного пучка і між фланцем і конусною частиною дна анода розташована кільцева щілина для напуску робочого газу, який надходить через штуцер в стінці корпуса, а в циліндричному каналі з розміщеними на ньому магнітними фокусуючими лінзами між цими лінзами встановлені ізольовані від корпусу каналу стрижні з тугоплавкого металу, які з'єднані між собою електропроводом зі струмознімачем і можуть переміщатися у напрямку осі гармати, відповідно до корисної моделі, кільцева щілина, яка утворена фланцем і конусною частиною порожнистого анода, з'єднується з розрядним проміжком гармати каліброваними каналами, які рівномірно розміщені по колу і сумарна площа перерізу яких менше або дорівнює площі перерізу патрубка, через який подається робочий газ у щілину, а в циліндричному каналі між фокусними котушками встановлено не менше чотирьох стрижнів з тугоплавкого металу, які рівномірно розміщені по колу. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1 схематично представлений поздовжній розріз газорозрядної електронної гармати. На фіг. 2 - вид А, фіг. 1. На фіг. 3 - переріз Б-Б, фіг. 1. Газорозрядна електронна гармата оснащена високовольтним ізолятором 1, на якому герметично встановлений охолоджуваний водою катод 2 зі сферичною емісійною поверхнею і з'єднаним з ним високовольтним струмопідводом 3. Співвісно катоду 2 до нього також герметично приєднаний порожнистий анод 4, донна частина якого має форму конуса і до якого герметично приєднано фланець 5 з каналами 6 (фіг. 1, 2) для охолоджуючої води і отвором 7 (фіг. 1) для проходження електронного пучка. Фланець 5 разом з конусною частиною порожнистого анода 4 утворює в зоні їх контакту порожнину 8 (фіг. 1, 2, 3), яка з'єднується з розрядним проміжком 9 гармати (фіг. 1) каліброваними каналами 10 (фіг. 1, 2, 3). Канали 10 рівномірно розміщені по колу і сумарна площа їх перерізу дорівнює або менше площі перерізу штуцера 11 (фіг. 1, 3), через який подається робочий газ у порожнину 8. Співвісно аноду 4 герметично приєднаний циліндричний канал 12 з розміщеними на ньому фокусними котушками 13 і котушками відхилення 14. В циліндричному каналі 12 між фокусними котушками 13 розміщені металічні стрижні 15, які електрично ізольовані від каналу 12 і з зовнішнього боку гармати з'єднані між собою гнучким зв'язком з струмознімачем (не показано). Кількість стрижнів 15 повинна бути достатньою, щоб виключити можливість проходження променя між ними без торкання до одного з них. Це означає, що, як мінімум, їх кількість повинна складати 4, тобто кут між стрижнями повинен бути не більше за 90 °. Нижній торець циліндричного каналу 12 виконується у вигляді фланця або забезпечується фланцем для встановлення гармати на технологічній камері електронно-променевої установки (не показано). Гармата працює таким чином. Після відкачування технологічної камери електроннопроменевої установки і встановлення потрібного тиску в гармату через штуцер 11 (фіг. 1, 3) подають робочий газ, який може складатись з водню з невеликою добавкою кисню, що додається для активації водню. Одночасно на катод 2 через високовольтний струмопідвід 3 подається прискорююча напруга у 20-30 кВ. При цьому в розрядному проміжку 9 виникає високовольтний тліючий розряд, який приводить до формування електронного пучка, сила струму якого регулюється зміною тиску робочого газу, що надходить в розрядний проміжок 9 через порожнину 8 і калібровані канали 10 (фіг. 1, 2, 3). Завдяки тому, що сумарна площа перерізу каналів 10 дорівнює або менше площі перерізу штуцера 11, робочий газ надходить в розрядний проміжок 9 рівномірно, і це обумовлює формування електронного пучка, струм якого по перерізу також рівномірний. Пучок електронів, який формується вказаним способом, за допомогою котушок 13 виводиться через циліндричний канал 12 у технологічну камеру для нагріву поверхні відповідного об'єкта (не показано), що регулюється за допомогою котушок відхилення 14. У циліндричному каналі 12 відхилення променя за встановлені межі або його нерівномірність по перерізу нівелюються за рахунок стрижнів 15, торкання до яких променем дає змогу проводити корегування шляхом регулювання електроживлення котушок 13. Запропонована електронна газорозрядна гармата призначена в основному для плавки матеріалів з високим газоутворенням, що ускладнює їх плавлення традиційними електронними 2 UA 74113 U 5 10 гарматами з термокатодом. Додатковою перевагою газорозрядної гармати є менша собівартість її виготовлення у порівнянні з традиційними. Джерела інформації: 1. Плазменные процессы в технологических электронных пушках / М.А. Завьялов, Ю.Э. Крейндель, А.А. Новиков, Л.П. Шантурин. - М.: Энергоатомиздат, 1989.- С. 97-145. 2. V.A. Chemov. The powerful high-voltage glov discharge gun and power unit on its base // Proceed. Conference "Electron-Beam Melting and Refining - State of the Art 1994", R. Bakish Ed., Bakish Materials Corp., Englewood, NJ, USA, 1994 - P. 259-268. 3. Пат. Російської Федерації № 2231857, H01J 17/22, опубл. 27.06.2004 р. 4. Заявка на винахід RU 2006123882, H01J 37/06, опубл. 10.01.2008 р. 5. Пат. України №38451, H01J 37/06, опубл. 15.05.2001 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 Газорозрядна електронна гармата, що містить розміщені в герметичному корпусі на високовольтному ізоляторі холодний увігнутий катод з розвинутою емісійною поверхнею та співвісно з ним порожнистий анод з отвором в його дні, а також приєднаний співвісно до анода циліндричний канал з розміщеними на ньому магнітними фокусуючими лінзами, в якій приосьова частина дна анода виконана у вигляді охолоджуваного водою фланця з отвором для проходження електронного пучка і між фланцем і конусною частиною дна анода розташована кільцева щілина для напуску робочого газу, який надходить через штуцер в стінці корпуса, а в циліндричному каналі з розміщеними на ньому магнітними фокусуючими лінзами між цими лінзами встановлені ізольовані від корпуса каналу стрижні з тугоплавкого металу, які з'єднані між собою електропроводом зі струмознімачем і можуть переміщатися у напрямку осі гармати, яка відрізняється тим, що кільцева щілина, яка утворена фланцем і конусною частиною порожнистого анода, з'єднується з розрядним проміжком гармати каліброваними каналами, які рівномірно розміщені по колу і сумарна площа перерізу яких менше або дорівнює площі перерізу патрубка, через який подається робочий газ у щілину, а в циліндричному каналі між фокусними котушками встановлено не менше чотирьох стрижнів з тугоплавкого металу, які рівномірно розміщені по колу. 3 UA 74113 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4