Газорозрядна електронна гармата

Реферат: Газорозрядна електронна гармата включає герметичний металевий корпус, в якому встановлені високовольтний ізолятор, катод, що має циліндричний корпус з ввігнутою робочою поверхнею, і встановлені співвісно до катода анод, виконаний порожнистим із отвором в донній частині для проходження електронного пучка, та променевід з розміщеними на ньому фокусними і відхиляючими котушками. При цьому катод і анод виконані холодними, і діаметр катода менший за радіус кривизни робочої поверхні катода. Співвісно встановлені катод і анод виконані таким чином, що діаметр анодної апертури анода більший за діаметр катода і менший за радіус кривизни робочої поверхні катода. UA 79171 U (54) ГАЗОРОЗРЯДНА ЕЛЕКТРОННА ГАРМАТА UA 79171 U UA 79171 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до газорозрядних електронних приладів, а саме до газорозрядної електронної гармати і може бути використана у галузі спеціальної електрометалургії для плавлення і випаровування різних класів матеріалів. З рівня техніки відомі газорозрядні електронні гармати, робота яких заснована на використанні електронного розряду між холодними електродами у середовищі газу низького тиску - високовольтного тліючого розряду [Завьялов М.А., Крейндель Ю.Э., Новиков А.А., Шантурин Л.П. Пламенные процессы в технологических электронных пушках.Μ.: Энергоатомиздат, 1989, С. 97-145 [1], Удрис Я.Я., Чернов В.А. Мощные электронные пушкивысоковольтного тлеющего разряда (ВТР) // Proceedings II International conference on election beam technologies. Varna, Bulgaria, 1988. p. 254 [2]). Електронний пучок утворюється в результаті бомбардування робочої поверхні катода швидкими частинками (позитивними іонами і нейтральними частинками), що виникають при прискоренні і перезарядженні іонів в області катодного падіння потенціалу. Генерація і прискорення електронів відбувається в межах розряду за рахунок високої напруги, що підводиться між анодом і катодом. З розрядного проміжку виходить пучок електронів з енергією, майже рівною приложеній різниці потенціалів. Величина потужності у пучку, що виводиться до робочої технологічної камери на об'єкт, який нагрівається, визначається часткою загальної потужності у розряді, яка приходиться на іонну складову розрядного струму. В області катодного падіння потенціалу електрони прискорюються у залежності від конфігурації поля, сформованого катодом і анодом. Також, на цей процес впливає анодна плазма, яка сформована у пучок з відповідною точкою збігання електронних променів у отворі анода. Електрона система таких газорозрядних гармат складається з холодного металевого катода з розвинутою поверхнею, яка емітує електрони, та порожнистого циліндричного або конусного анода, донна частина якого виконана у вигляді плити з каналами для проходження охолоджуваної води і з отвором для проходження електронного пучка. Основним недоліком відомих електронних гармат є досягнення невисокої потужності при певних габаритах катода і анода, та необхідність збільшувати установку в цілому у разі потреби більш високої потужності. Найбільш близькою є газорозрядна електронна гармата, що включає герметичний металевий корпус, в якому встановлені високовольтний ізолятор, катод, що має циліндричний корпус з ввігнутою робочою поверхнею, і встановлені співвісно до катода анод, виконаний порожнистим із отвором в донній частині для проходження електронного пучка, та променевід з розміщеними на ньому фокусними і відхиляючими котушками, причому катод і анод виконані холодними, і діаметр катода DК і радіус кривизни RК робочої поверхні катода однакові або діаметр катода DК менший за радіус кривизни RК робочої поверхні катода (UA, патент України, № 38451, опубл. 15.05.2001 [3]). При цьому, співвісно встановлені катод і анод виконані таким чином, що діаметр анодної апертури анода DА є меншим за діаметр катода або рівний діаметру катода. Таким чином, у відомій газорозрядній електронній гарматі виконується умова: DA  DК  RК, де: DА - діаметр анодної апертури анода; DК - діаметр катода; RК - радіус кривизни робочої поверхні катода. Відома електронна гармата не дозволяє оптимально використовувати поверхню катода, що обмежує діапазон її потужності. Така установка може стабільно працювати при потужності, що не перевищує 600 кВт. Задачею корисної моделі є удосконалення газорозрядної електронної гармати, в якій за рахунок запропонованої конструкції досягається оптимальне використання робочої поверхні катода, що дозволяє підвищити потужність установки при однакових розмірах електродів і стабільній роботі установки. Запропонована газорозрядна електронна гармата стабільно працює при потужності до 750 кВт. Поставлена задача вирішується тим, що включає герметичний металевий корпус, в якому встановлені високовольтний ізолятор, катод, що має циліндричний корпус з ввігнутою робочою поверхнею, і встановлені співвісно до катода анод, виконаний порожнистим із отвором в донній частині для проходження електронного пучка, та променевід з розміщеними на ньому фокусними і відхиляючими котушками, причому катод і анод виконані холодними, і діаметр катода DК менший за радіус кривизни RК робочої поверхні катода, в якій співвісно встановлені катод і анод виконані таким чином, що діаметр анодної апертури анода DA є більший за діаметр катода і, при цьому, менший за радіус кривизни RК робочої поверхні катода. 1 UA 79171 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Таким чином, у запропонованій газорозрядній електронній гарматі виконується умова: DК< DА< RК - де: DК - діаметр катода; DA - діаметр анодної апертури анода; RК - радіус кривизни робочої поверхні катода. Запропоноване співвідношення розмірів діаметра катода, що має циліндричний корпус з ввігнутою робочою поверхнею, діаметра анодної апертури порожнистого анода, встановленого співвісно, та радіуса кривизни робочої поверхні катода, дозволяє збільшити площу емісійної поверхні катода, тобто поперечний розмір електронної системи газорозрядної гармати. При такому виконанні потік іонів, що бомбардує катод, цілковито охоплює поверхню анода, а електронний пучок сходиться вище кінця отвору анода. Під тиском робочого газу і прискорювальному напруженні виникає самопідтримувальний високовольтний тліючий розряд з областю катодного падіння потенціалу і областю плазми негативного тліючого світіння, які пронизуються потоком електронів, що сходяться вище кінця отвору анода. Цим забезпечуються високі енергетичні параметри електронної гармати і безпечні умови її роботи. В результаті потужність установки може бути збільшена без втрати стабільності установки. Корисна модель пояснюються кресленнями, які ілюструють але не обмежують її суть. Фіг. 1 - газорозрядна електронна пушка (розріз); Фіг. 2 - катод-анодна система газорозрядної електронної пушки (розріз). Газорозрядна електронна гармата включає герметичний металевий корпус 1, в якому встановлені високовольтний ізолятор 2, катод 3, що має циліндричний корпус з ввігнутою робочою поверхнею, і встановлені співвісно до катода 3 анод 4 та променевід 5. Анод 4 виконаний порожнистим із отвором 6 в донній частині для проходження електронного пучка, Катод 3 і анод 4 виконані холодними. Донна частина анода 4 виконана у вигляді плити з каналами для охолоджувальної рідини (води). Катод 3 і анод 4 виконані таким чином, що діаметр катода DК менший як за діаметр анодної апертури анода DA, так і за радіус кривизни робочої поверхні катода RК, а діаметр анодної апертури анода DA, що є більшим за діаметр катода DК, також менший за радіус кривизни робочої поверхні катода RК Співвідношення діаметра катода DК, діаметра анодної апертури анода DA та радіуса кривизни робочої поверхні катода RК, може бути виражено співвідношенням: DК< DА < RК. На променеводі 5 розміщені фокусні котушки 7 і відхиляючі котушки 8. Нижній торець променеводу 5 обладнаний фланцем 9, за допомогою якого газорозрядна гармата встановлюється на технологічній камері електронно-променевої установки для обігріву предмету, що нагрівається 10. Газорозрядна електронна гармата працює таким чином. В порожнину анода 4 газорозрядної електронної гармати подають робочий газ (Фіг. 1), який складається з водню, активованого невеликою кількістю кисню, при безперервному його відкачуванні (на Фіг. не показано). При подачі робочого газу і безперервному його відкачуванні на катод 3 подають прискорювальну напругу 30-35 кВт. У діапазоні тисків одиниці-десятки паскаль виникає високовольтний тліючий розряд, сила струму якого регулюють зміненням тиску шляхом зміни величини стума газу, що подають до гармати. Точка сходження утвореного електронного пучка знаходиться вище кінця отвору 6 анода 4. За допомогою фокусних котушок 7 електронний пучок виводиться через променевід 5 у технологічну камеру і фокусується на поверхні предмета 10, що нагрівається. У разі необхідності, можуть бути реалізовані різні види розгорток для обробки предмета 10, що нагрівається, за допомогою відхиляючих котушок 8 і відповідної програми розгорток електронного пучка, зокрема: розплавлення металу, нагрів, підтримання температури тощо. Була виготовлена і пройшла експериментальне випробування газорозрядна електронна гармата з наступними геометричними розмірами її катод-анодної системи, мм: DК - 139, DА - 142, RК - 144. Під час роботи установки потік іонів, що бомбардує катод, цілковито охоплює поверхню анода, а електронний пучок сходиться вище кінця отвору анода. При регулюванні потужності електронного пучка зміненням тиску фокусування електронного пучка не порушується. Газорозрядна електронна гармата працює стабільно при потужності 750 кВт. Запропонована газорозрядна електронна гармата призначена, в основному, для електронно-променевої виплавки металів і сплавів масою до 16 т, де необхідна велика потужність електронного пучка. Таким чином, запропонована газорозрядна електронна гармата при однакових розмірах електродів стабільно працює при потужності включно до 750 кВт. Крім того, така газорозрядна електронна гармата проста і надійна в експлуатації. 60 2 UA 79171 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Газорозрядна електронна гармата, що включає герметичний металевий корпус, в якому встановлені високовольтний ізолятор, катод, що має циліндричний корпус з ввігнутою робочою поверхнею, і встановлені співвісно до катода анод, виконаний порожнистим із отвором в донній частині для проходження електронного пучка, та променевід з розміщеними на ньому фокусними і відхиляючими котушками, причому катод і анод виконані холодними, і діаметр катода менший за радіус кривизни робочої поверхні катода, який відрізняється тим, що співвісно встановлені катод і анод виконані таким чином, що діаметр анодної апертури анода більший за діаметр катода і менший за радіус кривизни робочої поверхні катода. 3 UA 79171 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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