ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ЭЛЕКТРОД ДВОЙНОЙ СТУПЕНЧАТОЙ ФОРМИРУЮЩЕЙ ЛИНИИ
HIGH-VOLTAGE ELECTRODE OF DOUBLE STEPPED FORMING LINE

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к конструктивным элементам формирующей линии сильноточных импульсных ускорителей.
Известен высоковольтный электрод двойной ступенчатой формирующей линии (ДСФЛ) ускорителя СТРАУС-Р (B.C.Гордеев, В.Ф.Басманов и др. «Сильноточные импульсные ускорители электронов на базе ступенчатых формирующих линий», Вопросы атомной науки и техники, Серия «Ядерно-физические исследования», 2001 г., №3, стр.50-52), представляющий собой цилиндрическую ступенчатую обечайку и закрепленный в корпусе ДСФЛ с помощью коммутирующих разрядников и опорных диэлектрических элементов. Коммутирующие разрядники жестко закреплены на корпусе ДСФЛ и крепятся к обечайке высоковольтного электрода подвижным цанговым соединением.
Недостатком аналога является то, что при несанкционированном разрушении разрядников необходимо восстанавливать весь электрод, так как он состоит из одной неразборной обечайки.
Наиболее близким к предлагаемому является высоковольтный электрод двойной ступенчатой формирующей линии ускорителя СТРАУС-2 (B.C.Босамыкин, B.C.Гордеев и др. «Импульсный ускоритель электронов СТРАУС-2» в Сб. научных трудов «Физика и техника высоких плотностей электромагнитной энергии» под ред. В.Д.Селемира и Л.Н.Пляшкевича, Саров, 2003 г., с.96-101), содержащего две коаксиальные металлические обечайки, соединенные между собой торцевым фланцем. Торцевой фланец соединен резьбовым соединением с наружной обечайкой и методом сварки с внутренней обечайкой высоковольтного электрода.
Высоковольтный электрод так же, как в аналоге, закреплен в корпусе двойной ступенчатой формирующей линии с помощью разрядников с одной стороны и опорных диэлектрических элементов с другой стороны.
Коммутация ДФСЛ осуществляется 20 равномерно распределенными по азимуту искровыми газонаполненными разрядниками. Заземленные электроды разрядников с узлами управления жестко закреплены на цилиндрической части корпуса ДСФЛ. Высоковольтные электроды разрядников соединены с обечайкой высоковольтного электрода ДСФЛ через скользящие электрические контакты цангового типа.
Недостатком прототипа является то, что при разрушении коммутирующих разрядников происходит деформация высоковольтного электрода и для его ремонта необходимо извлечь его, то есть разобрать формирующую систему (сложность замены вышедшего из строя высоковольтного электрода, обусловленная его демонтажем).
Задача, решаемая при создании данного изобретения, заключалась в разработке конструкции высоковольтного электрода ДСФЛ, позволяющей проводить ремонтные работы без разборки линии, а также при необходимости разборки ДСФЛ, ремонта высоковольтного электрода и замены какой-либо его части - производить ремонт одной из частей.
Техническим результатом является снижение трудозатрат на проведение ремонта высоковольтного электрода без демонтажа всей ДСФЛ.
Технический результат достигается тем, что в известном высоковольтном электроде двойной ступенчатой формирующей линии, содержащем две коаксиальные металлические обечайки, соединенные торцевым фланцем, и закрепленном в корпусе двойной ступенчатой формирующей линии с помощью разрядников с одной стороны и опорных диэлектрических элементов с другой стороны, новым является то, что участок присоединения разрядников к высоковольтному электроду выполнен в виде кольцевого каркаса, в каркасе выполнены окна с закрепленными в них металлическими тонкими мембранами, через которые разрядники присоединены к высоковольтному электроду, при этом толщина, линейные размеры мембран и вид закрепления в окнах выбраны из условия обеспечения их отрыва при разрушении разрядников и достаточной механической прочности для удержания веса высоковольтного электрода.
Мембраны закреплены в окнах кольцевого каркаса, например, с помощью контактной сварки.
Такая конструкция высоковольтного электрода позволяет предохранить от повреждений тонкие (1…3 мм) сварные цилиндрические обечайки при несанкционированном разрушении корпусов разрядников многоканального коммутатора.
При разрушении корпуса разрядника, находящегося под избыточным давлением порядка 20 атм., происходит истечение газа во внутренний объем корпуса ДСФЛ, что приводит к увеличению давления диэлектрической жидкости в нем до недопустимой величины в зоне непосредственной близости от разрядника. При этом давление жидкости передается на мембрану, что приводит к ее отрыву от кольцевого каркаса и предохраняет электрод от деформации.
В данном случае ремонт высоковольтного электрода заключается в восстановлении мембран на кольцевом каркасе. Замена разрушенных мембран осуществляется методом контактной сварки через технологические окна в торцевой крышке ДСФЛ и через отверстия на наружном корпусе ДФСЛ, в которых закреплены коммутирующие разрядники.
Данная работа проводится без демонтажа всей ДСФЛ, что значительно сокращает время ремонта высоковольтного электрода
В предлагаемой конструкции линейные размеры мембран, толщина мембран и вид их закрепления были выбраны экспериментально, исходя из размеров высоковольтного электрода и количества разрядников, таким образом, чтобы при разрушении разрядника мембрана отрывалась бы от кольцевого каркаса без его механических повреждений, а также мембраны должны удерживать вес высоковольтного электрода.
Количество точек контактной сварки было выбрано исходя из обеспечения надежного электрического контакта между мембраной и кольцевым каркасом.
На фиг.1 показан вид крепления высоковольтного электрода в корпусе ДСФЛ.
На фиг.2 показан общий вид высоковольтного электрода ДСФЛ, где:
а) - конструкция в сборе; б) составные части высоковольтного электрода;
На фиг.3 показан узел подсоединения разрядника многоканального коммутатора к высоковольтному электроду.
Конструктивно высоковольтный электрод ДСФЛ представляет собой сборную конструкцию, состоящую из двух коаксиальных металлических обечаек 1 и 2, соединенных торцевым фланцем 3, и закреплен в корпусе 4 двойной ступенчатой формирующей линии с помощью разрядников 5 с одной стороны и опорных диэлектрических элементов 6 с другой стороны, при этом участок присоединения разрядников 5 к высоковольтному электроду выполнен в виде кольцевого каркаса 7, в каркасе выполнены окна с закрепленными в них металлическими тонкими мембранами 8 с посадочными местами для разрядников многоканального коммутатора, через мембраны разрядники 5 присоединены к высоковольтному электроду. Для соединения разрядников 5 многоканального коммутатора с высоковольтным электродом применены цанговые разъемы 9, обеспечивающие надежный электрический контакт.
В примере конкретного выполнения высоковольтный электрод является составной частью сильноточного ускорителя электронов и конструктивно представляет собой составную конструкцию, толщина обечаек составляет 2 мм, линейные размеры и толщина отрывной мембраны (199*163*0,5) мм. Внутренний объем ДСФЛ заполнен деионизованной водой, поэтому корпус ДСФЛ и составные части высоковольтного электрода изготовлены из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, опорные диэлектрические элементы изготовлены в виде стержней из капролона. Разрядник на 1 MB входит в состав многоканального коммутатора ДСФЛ и представляет собой управляемый газонаполненный искровой разрядник тригатронного типа. Мембраны закреплены в окнах кольцевого каркаса с помощью контактной сварки.
ДСФЛ предназначена для накопления энергии и формирования ускоряющего импульса. При зарядке ДСФЛ от двух генераторов импульсных напряжений до рабочего напряжения и срабатывании многоканального коммутатора (36 газонаполненных управляемых искровых разрядников 5) с целью формирования высоковольтного импульса напряжения, может произойти несанкционированное разрушение разрядников 5, что приводит к возникновению ударной волны в диэлектрической жидкости, заполняющей внутреннюю полость ДСФЛ, в зоне разрушения и к отрыву мембран 8 от кольцевого каркаса 7 высоковольтного электрода, что предохраняет его от деформации.