Газорозрядна електронна гармата

Реферат: UA 78195 U UA 78195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електронної техніки, а саме до газорозрядних електронних гармат, та може бути використана в галузі спеціальної електрометалургії для електроннопроменевої плавки, випарювання матеріалу та інших термічних процесів, що проводяться в вакуумі із застосуванням потужних електронних пучків. Відомі газорозрядні електронні гармати, робота яких основана на використанні електричного розряду (високовольтного тліючого розряду) між холодними електродами у газовому середовищі низького тиску. Електронний пучок утворюється в результаті бомбардування поверхні катода швидкими частинками: позитивними іонами і нейтральними частинками, - що виникають при прискоренні і перезаряджанні іонів в області катодного падіння потенціалу. Прискорення електронів залежить від конфігурації поля, що визначається геометричними параметрами катода та порожнистого анода, та від положення і форми анодної плазми, сформованої в пучок з відповідним кутом ковзання в отворі донної частини порожнистого анода. Величина потужності у електронному пучці, який виводиться у робочу технологічну камеру на об'єкт, що нагрівається, визначається часткою загальної потужності у розряді. Затрати загальної потужності розряду складають 10-15 %. Тому стабільність роботи газорозрядної електронної гармати при великій потужності розряду залежить від температурних режимів електродів, особливо аноду, що потребує забезпечення ефективного тепловідведення з урахуванням матеріалів і конструкції електродів (М.А.Завьялов и др. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. - М.: Энергоатомиздат, 1989, ее. 97-145). Такі газорозрядні електронні гармати мають порожнистий анод, в тілі якого виконані канали для проходження проточної води, яка забезпечує його охолодження при відповідній швидкості проходження води. Проте для стабільної роботи гармати необхідно забезпечити теплові режими електродів з урахуванням теплопровідності їх матеріалів при максимальних параметрах розряду. Температура стінок анода повинна бути відносно низькою та рівномірною для зниження газовиділення в процесі роботи гармати. Однак, складна конфігурація електродної системи, зв'язаної з високовольтним ізолятором і системою охолодження, та необхідність забезпечення співвісності як в самій електродній системі між катодом з розвинутою емісійною поверхнею і порожнистим анодом, так і між електродною системою та променепроводом, ускладнюють конфігурацію корпуса анода, а особливо систему охолодження корпуса анода. Відома газорозрядна електронна гармата, що містить розміщені в герметичному корпусі на високовольтному ізоляторі холодний увігнутий катод з розвиненою емісійною поверхнею і співвісно з ним порожнинний анод з отвором у його дні, а також приєднаний співвісно до анода циліндричний канал з розміщеними на ньому магнітними фокусувальними лінзами (патент України на винахід № 38451, кл. МПК H01J 37/06, дата публікації - 15.01.2004р.). Недоліком відомої газорозрядної електронної гармати є недосконалість конструкції системи охолодження порожнистого анода та обмеженість потужності електронного пучка до 500 кВт. Відома газорозрядна електронна гармата, що містить розташовані у герметичному металевому корпусі високовольтний ізолятор, холодний увігнутий анод з розвинутою емісійною поверхнею і співвісний з ним порожнистий анод, донна частина якого виконана у вигляді плити з каналами для проходження охолоджуючої води і отвором для проходження електронного пучка, а також приєднаний співвісно аноду променепровід з розміщеними на ньому фокусними котушками і котушками відхилення (патент України на винахід № 83514, кл. МПК Н01J 37/06, дата публікації - 25.07.2008р.). Канали для проходження охолоджуючої води виконані всередині тіла плити і з'єднані між собою в єдину систему охолодження, розташовану навколо отвору для проходження електронного пучка. Недоліком відомої газорозрядної електронної гармати є недосконалість системи охолодження порожнистого анода та обмеженість потужності електронного пучка до 500 кВт. Відома газорозрядна електронна гармата, що містить розташовані у герметичному корпусі на високовольтному ізоляторі увігнутий катод з емісійною сферичною поверхнею, співвісний з ним циліндричний анод з отвором для виводу пучка, променепровід з розміщеними фокусними котушками, систему подачі газу в розрядний проміжок та системи охолодження катода і анода (патент Російської Федерації на винахід № 2400861, дата публікації - 18.08.2010р., МПК H01J37/06). Недоліком відомої газорозрядної електронної гармати є недосконалість конструкції системи охолодження анода та обмеженість потужності електронного пучка до 500 кВт. Найбільш близькою до газорозрядної електронної гармати, що заявляється, є газорозрядна електронна гармата, що включає розташовані в суцільному герметичному металевому корпусі високовольтний ізолятор та електродну систему, утворену встановленими співвісно холодним увігнутим катодом з розвинутою емісійною поверхнею і порожнистим анодом з донною 1 UA 78195 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частиною у вигляді плити з отвором для проходження електронного пучка і каналами для проходження охолоджуваної води, та розташований співвісно електродній системі і з'єднаний з донною частиною порожнистого анода променепровід з фокусними котушками та котушками відхилення (патент України на корисну модель № 43028, кл. МПК H01J 37/06, дата публікації 27.07.2009р.). Недоліком відомої газорозрядної електронної гармати є недосконалість конструкції системи охолодження порожнистого анода, що приводить до необхідності її контролювання та обмеження потужності електронного пучка до 500 кВт, в результаті чого знижується надійність і стабільність роботи гармати. Задачею корисної моделі є удосконалення газорозрядної електронної гармати, в якій за рахунок запропонованого конструктивного виконання та розташування системи охолодження порожнистого анода забезпечується підтримання необхідного температурного режиму порожнистого аноду з урахуванням енергетичних характеристик електронного пучка. В результаті підвищується надійність та стабільність роботи гармати при підвищеній потужності електронного пучка, зокрема, до 750 кВт. Крім того, спрощується процес обслуговування газорозрядної електронної гармати. Поставлена задача вирішується запропонованою газорозрядною електронною гарматою, що включає розташовані в герметичному металевому корпусі високовольтний ізолятор та електродну систему, утворену встановленими співвісно холодним увігнутим катодом з розвинутою емісійною поверхнею і порожнистим анодом з донною частиною у вигляді плити з отвором для проходження електронного пучка і каналами для проходження охолоджуючої води, та розташований співвісно електродній системі і з'єднаний з донною частиною порожнистого анода променепровід з фокусними котушками і котушками відхилення, в якій порожнистий анод додатково обладнаний системою охолодження у вигляді спіралі з каналами, виконаною з можливістю подачі охолоджуючої води в нижню частину порожнистого анода і забирання охолоджуючої води у верхній частині порожнистого анода, причому канали спіралі виконані з можливістю рівномірного проходження охолоджуючої води знизу вверх. При цьому холодний увігнутий катод виконаний з можливістю охолодження водою. Експериментально нами було встановлено, що при обладнані порожнистого аноду системою охолодження у вигляді спіралі з каналами, що виконана з можливістю подачі охолоджуючої води в нижню частину порожнистого анода і забирання охолоджуючої води у верхній частині порожнистого анода, та при виконанні каналів спіралі з можливістю рівномірного проходження охолоджуючої води знизу вверх, то потік охолоджуючої води, що проходить по каналам спіралі, охоплює всю поверхню порожнистого анода, в результаті чого забезпечується підтримання необхідного температурного режиму порожнистого аноду з урахуванням енергетичних характеристик електронного пучка. Це дозволяє підвищити надійність та стабільність роботи гармати при підвищеній потужності електронного пучка, зокрема, до 750 кВт. Корисна модель пояснюється, але не обмежується кресленням, на якому зображена газорозрядна електронна пушка у розрізі. Газорозрядна електронна гармата включає розташовані в герметичному металевому корпусі 1 високовольтний ізолятор 2 та електродну систему, утворену встановленими співвісно холодним увігнутим катодом 3 з розвинутою емісійною поверхнею і порожнистим анодом 4 з донною частиною у вигляді плити 5 з отвором 6 для проходження електронного пучка і каналами для проходження охолоджуючої води 7, та розташований співвісно електродній системі і з'єднаний з донною частиною 5 порожнистого аноду 4 променепровід 8 з фокусними котушками 9 і котушками відхилення 10. Порожнистий анод 4 обладнаний системою охолодження у вигляді спіралі 11 з каналами, що виконана з можливістю подачі охолоджуючої води в нижню частину порожнистого анода 4 і забирання охолоджуючої води у верхній частині порожнистого анода 4. Канали спіралі 11 виконані з можливістю рівномірного проходження охолоджуючої води знизу вверх. Холодний увігнутий катод 3 виконаний з можливістю охолодження водою. Нижній торець променепроводу 8 обладнаний фланцем (на кресленні не показаний) для встановлення газорозрядної електронної гармати в камері електроннопроменевої установки для обігріву об'єкта 12 (металевих заготовок і розплаву металу). Газорозрядна електронна гармата працює наступним чином. Для роботи газорозрядної електронної гармати при безперервному її відкачуванні через штуцер (на кресленні не показаний) у стінці порожнистого анода 4 подають робочий газ, що складається з водню, активованого невеликою кількістю кисню. Далі на холодний увігнутий катод 3 з розвинутою емісійною поверхнею через високовольтний струмовідвід (на кресленні не показаний) подають прискорювальну напругу 30…35 кВ. В результаті цього у діапазоні тиску від 2 UA 78195 U 5 10 15 20 кількох одиниць до кількох десятків Па виникає високовольтний жевріючий розряд, силу струму якого регулюють тиском (величиною потоку робочого газу, який подається в гармату). Електронний пучок, утворений в результаті бомбардування поверхні холодного увігнутого катода 3 у катодно-анодному просторі, за допомогою фокусних котушок 9 через отвір 6 і променепровід 8 виводиться з газорозрядної електронної гармати в технологічну камеру та фокусується на поверхні об'єкту 12, що обігрівається. За допомогою котушок відхилення 10 і відповідної програми розгорток електронного пучка реалізують необхідні види розгорток електронного пучка для здійснення термічної обробки об'єкту 12 (розплавлення металу). При цьому під час роботи газорозрядної електронної гармати безперервний потік охолоджуючої води, що проходить по каналах спіралі 11, охоплює всю поверхню порожнистого анода 4 для забезпечення підтримання необхідного температурного режиму порожнистого анода 4 з урахуванням енергетичних характеристик електронного пучка. Використання запропонованої газорозрядної електронної гармати особливо ефективне при плавці металів і сплавів, де необхідна велика потужність електронного пучка біля 750 кВт, наприклад, для плавлення злитків вагою до 16 т. Конструктивна особливість газорозрядної електронної гармати дозволила знизити собівартість її виготовлення. Таким чином, за рахунок запропонованого виконання газорозрядної електронної гармати забезпечується підтримання необхідного температурного режиму роботи порожнистого аноду з урахуванням енергетичних характеристик електронного пучка, що дозволяє підвищити надійність та стабільність роботи гармати при підвищеній потужності електронного пучка, зокрема, до 750 кВт та плавити великі злитки. Крім того, спрощується процес обслуговування газорозрядної електронної гармати. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 1. Газорозрядна електронна гармата, що включає розташовані в герметичному металевому корпусі високовольтний ізолятор та електродну систему, утворену встановленими співвісно холодним увігнутим катодом з розвинутою емісійною поверхнею і порожнистим анодом з донною частиною у вигляді плити з отвором для проходження електронного пучка і каналами для проходження охолоджуючої води, та розташований співвісно електродній системі і з'єднаний з донною частиною порожнистого анода променепровід з фокусними котушками і котушками відхилення, яка відрізняється тим, що порожнистий анод додатково обладнаний системою охолодження у вигляді спіралі з каналами, виконаною з можливістю подачі охолоджуючої води в нижню частину порожнистого анода і забирання охолоджуючої води у верхній частині порожнистого анода, причому канали спіралі виконані з можливістю рівномірного проходження охолоджуючої води знизу вверх. 2. Гармата за п. 1, яка відрізняється тим, що холодний увігнутий катод виконаний з можливістю охолодження водою. 3 UA 78195 U Комп’ютерна верстка М. Мацело 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