МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕЛЬСОВЫЙ РАЗРЯДНИК
MULTICHANNEL RAIL DISCHARGER

Изобретение относится к высоковольтной сильноточной импульсной технике, а именно к сильноточным коммутирующим газонаполненным рельсовым разрядникам.
Известен многоканальный рельсовый разрядник, описанный в работе W.A. Ress и др. «Capacitor and rail-gap development for the atlas mashine marx modules», представленной на 10-й международной конференции, проходившей в New Mexico, USA, в июле 1995 года, стр. 522-527, содержащий герметичную диэлектрическую камеру, размещенные в ней основные электроды полуцилиндрической формы и установленный между ними управляющий электрод с заостренной кромкой.
Недостатком данного разрядника является то, что герметичная диэлектрическая разрядная камера выполнена в сечении прямоугольной формы из двух частей, соединенных шпильками, и управляющий электрод в виде сплошной металлической пластины вызывают трудности формирования многоканального разряда и ухудшают управляемость в процессе эксплуатации устройства.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является многоканальный рельсовый разрядник, описанный в патенте РФ №2247453 под названием «Многоканальный рельсовый разрядник», опубликованный 27.02.2005 года, МПК Н01Т 2/02, Н01Т 4/10, содержащий герметичный диэлектрический корпус, выполненный в виде единой в поперечном сечении конструкции, с установленными в ней параллельно друг другу основными электродами и установленным между ними поджигающим электродом с наконечником конусной формы.
Недостатками данного технического решения являются: ограничение зарядного напряжения величиной 100 кВ и однополярная зарядка, наличие внешних электродов, сложность изготовления и наличие внешнего замкнутого стеклопластикового бандажа.
Задачей изобретения является создание многоканального рельсового разрядника низкоиндуктивного управляемого разрядника с двуполярной зарядкой.
Технический результат заключается в том, что удалось снизить потери в колебательном контуре емкостного накопителя на активном сопротивлении разрядника и повысить ударное напряжение накопителя за счет повышения зарядного напряжения.
Это достигается тем, что многоканальный рельсовый разрядник, содержащий герметичный диэлектрический корпус, выполненный в виде единой в поперечном сечении конструкции, с установленными в ней параллельно друг другу основными электродами и установленным между ними поджигающим электродом с наконечником конусной формы, согласно изобретению, снабжен не менее чем тремя поджигающими электродами, установленными по оси, перпендикулярной к осям основных электродов, и выполненными изолированными друг относительно друга, при этом к центральному поджигающему электроду подсоединен штуцер газового наполнения разрядника, к каждому основному электроду подключена зарядная электрическая цепь положительной и отрицательной полярности, а к поджигающим электродам подключена запускающая электрическая цепь.
Кроме того, центральный поджигающий электрод выполнен с впускным отверстием.
Кроме того, запускающая электрическая цепь подключена в масляной изоляции.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки (многоканальный рельсовый разрядник снабжен не менее чем тремя поджигающими электродами, установленными по оси, перпендикулярной к осям основных электродов, и выполненными изолированными друг относительно друга, при этом к центральному поджигающему электроду подсоединен штуцер газового наполнения разрядника, к каждому основному электроду подключена зарядная электрическая цепь положительной и отрицательной полярности, а к поджигающим электродам подключена запускающая электрическая цепь) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
Изобретение проиллюстрировано на следующих чертежах.
На фиг. 1 представлена конструкция многоканального рельсового разрядника;
На фиг. 2 приведено положение поджигающих электродов;
На фиг. 3 приведен поперечный разрез конструкции многоканального рельсового разрядника;
На фиг. 4 приведена электрическая принципиальная схема генератора импульсов напряжения (ГИН) с двумя коммутирующими разрядниками;
На фиг. 5 приведена зависимость напряжения самопробоя от давления газа.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - корпус разрядника,
2 - основной электрод,
3 - фторопластовая диэлектрическая втулка,
4 - поджигающий электрод,
5 - кольцо крепления торцевого фланца,
6 - шпилька,
7 - торцевой фланец,
8 - штуцер газового наполнения,
9 - шина крепления электрического кабеля,
10 - защитная полусфера,
С - конденсатор ИК-200-0,1,
FV - коммутирующий рельсовый разрядник,
L1- индуктивность ГИН до узла нагрузки,
Rнагр - сопротивление нагрузки.
Многоканальный рельсовый разрядник состоит из герметичного диэлектрического корпуса 1 (фиг. 1), на который через фторопластовые диэлектрические втулки 3 крепятся два основных электрода 2. Под углом 90 градусов к основным электродам 2 по одной оси крепятся три поджигающих электрода 4 с наконечником конусной формы. На торцах разрядника через специальные кольца 5 с помощью шпилек 6 крепятся торцевые фланцы 7. К центральному поджигающему электроду 4 крепится штуцер газового наполнения 8 (фиг. 2 и фиг. 3), а в теле центрального поджигающего электрода 4 выполнено впускное отверстие для напуска рабочего газа в полость разрядника до определенного давления, например, 0,6 МПа. На каждом электроде 2 и 4 устанавливается защитная полусфера 10 и шина крепления электрического кабеля 9.
Работа осуществляется следующим образом. Разрядник с двуполярной зарядкой работает по принципу искажения электрического поля. Работа разрядника осуществляется следующим образом: в момент зарядки емкостей С (фиг. 4), соединенных с основными электродами 2, конусный наконечник поджигающего электрода 4 находится вдоль нулевой эквипотенциали электрического поля и не вносит никого искажения в распределение электрического поля внутри многоканального рельсового разрядника, при подаче поджигающего импульса на торце поджигающего электрода 4 возникает сильное искажение электрического поля и увеличение напряженности, что приводит к появлению стримеров и пробою разрядного промежутка между основными электродами 2 и замыканию колебательного контура через индуктивность L1 и сопротивление нагрузки Rнагр.
Пример конкретного выполнения
Основной разрядный промежуток образован двумя протяженными основными электродами 2, выполненными из металла, например латуни, и может варьироваться в диапазоне от 21 мм до 29 мм с помощью фторопластовых диэлектрических втулок 3 и резиновых уплотнений разной толщины. После установки основных электродов 2 проводится проверка зазора между ними по всей длине с помощью специального шаблона. Три конусных поджигающих электрода 4 из нержавеющей стали устанавливаются на фторопластовые диэлектрические втулки 3 через резиновые уплотнения разной толщины. Расстояние от кромки поджигающего электрода 4 до центральной оси разрядника может варьироваться от 15 до 18 мм в зависимости от режима работы.
В качестве рабочих газов может быть использован аргон, элегаз, углекислота или их смеси при давлении от 0,2 до 0,6 МПа с предварительным вакуумированием и испытанием на герметичность давлением 0,1 МПа сжатого воздуха в течение 24 часов.
Изобретение реализовано и испытано на предприятии. Испытания восьми экспериментальных образцов предлагаемого изобретения показали достаточную механическую (статическую и динамическую) прочность конструкции многоканального рельсового разрядника. Средний ресурс работы многоканального рельсового разрядника до профилактики составляет порядка 100 импульсов. В настоящее время ресурсные испытания продолжаются. Данное изобретение позволило создать конструкцию многоканального рельсового разрядника (индуктивно-емкостного накопителя энергии) для ускорителя мегаамперного класса - РАПИД-2, с ударным напряжением первичного накопителя до 800 кВ и напряжением на диодной нагрузке 1 MB в целях создания мощного источника сверхжесткого рентгеновского излучения (СЖР). На фиг. 5 показана типичная зависимость напряжения самопробоя от давления газа и зона управляемости (заштрихованная область).
Заявляемое устройство, многоканальный рельсовый разрядник, позволило создать конструкцию емкостного накопителя энергии с двуполярной зарядкой, снизить потери в колебательном контуре емкостного накопителя на активном сопротивлении разрядника и повысить ударное напряжение накопителя до 800 кВ. Кроме того, данная конструкция многоканального рельсового разрядника позволяет создать генератор импульсов напряжения (ГИН) с двуполярной зарядкой и ударным напряжением до 800 кВ, выдерживающего статическое напряжение 400 кВ в масляной изоляции.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления устройства и способность обеспечения достижения усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».