ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к газоразрядной технике и может быть использовано при создании и производстве газоразрядных приборов, например, разрядников - обострителей с субнаносекундной коммутацией, с высокой механической и электрической прочностью и надежностью.
Известен газонаполненный искровой разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса и изолятора, выполненного в виде полого тела вращения (усеченного конуса), размещенного внутри металлического корпуса и припаянного к нему нижним основанием посредством охватывающего цилиндрического спая, а второе меньшее основание, на котором расположен первый электрод, обращено в сторону второго электрода, закрепленного на металлическом корпусе [Авторское свидетельство СССР №360886, HO1J 17/18, 1973 г.]
Жесткость конструкции таких разрядников обеспечивается за счет того, что изолятор, выполненный в виде усеченного конуса, выпуклая поверхность которого обращена внутрь разрядника, испытывает усилия на сжатие, при этом изолятор опирается непосредственно на внутреннюю отбортовку металлического корпуса. Вакуумная плотность разрядников со стороны места соединения изолятора с металлическим корпусом осуществляется охватывающим цилиндрическим спаем. Такой спай изолятора с металлическим корпусом надежен при условии, что толщина спаиваемой стенки корпуса не более 1 мм. При толщине стенки цилиндрического корпуса более 1 мм в керамике после спая возникают сжимающие усилия, которые пропорциональны толщине материала, способные разрушить керамику. Такой охватывающий спай металлического корпуса с керамикой возможен при сравнительно небольших геометрических размерах спаиваемых деталей (диаметр деталей не более 50 мм). Разрядники-обострители на напряжение более 200 кВ должны иметь геометрические размеры спаиваемых деталей превышающие диаметр 50 мм, при этом для обеспечения достаточной механической прочности толщина стенки цилиндрического корпуса должна быть более 1 мм. Объясняется это тем, что для обеспечения динамического напряжения пробоя разрядника-обострителя более 200 кВ требует значительного увеличения давления наполняющего газа (свыше 60 атм.) при диаметре спаиваемых деталей более 50 мм. Указанное условие делает невозможным использование данной конструкции разрядника при напряжении динамического пробоя более 200 кВ.
Известен также газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и размещенного в нем изолятора в виде полого усеченного конуса с боковой цилиндрической поверхностью в его нижней части, два электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй - на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, внутри которого проходит осевой вывод второго электрода, манжету, расположенную на внутренней поверхности нижней части металлического корпуса, повторяя ее форму с образованием уступа, в котором установлено основание нижней части изолятора, боковая цилиндрическая поверхность которой соединена с внутренней поверхностью верхней части манжеты швом герметизации, а нижние части манжеты и металлического корпуса соединены друг с другом, например, аргонно-дуговой сваркой [Патент РФ №2321097, HO1J 17/02, HO1T 1/00, 2008 г.]
Использование манжеты, расположенной на внутренней поверхности нижней части металлического корпуса и повторяющей ее форму с образованием уступа, в котором расположено большее основание изолятора, боковая цилиндрическая поверхность которого соединена с манжетой швом герметизации, позволяет значительно повысить электрическую прочность разрядника за счет увеличения изоляционного пространства между осевым выводом второго электрода и металлическим корпусом, а также значительно уменьшить неоднородность электрического поля при коаксиальном включении нагрузки.
Недостатком этого разрядника является ограниченная электрическая прочность при заданных геометрических размерах изолятора за счет нелинейного распределения потенциала электрического поля вдоль образующей конического изолятора в нижней его части, которое вызвано близким расположением корпуса.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является газонаполненный разрядник, содержащий оболочку из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана и размещенного в нем изолятора в виде полого усеченного конуса, два соосных электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, большее основание которого соединено с отбортовкой корпуса через узел, включающий переходное металлическое кольцо, соединенное с отбортовкой корпуса, компенсирующее изоляционное кольцо, расположенное на поверхности переходного металлического кольца, обращенной в сторону изолятора и манжету, нижняя и верхняя поверхности плоской части которой соединены соответственно, с компенсирующим изоляционным кольцом и большим основанием изолятора, а внешняя поверхность ее цилиндрической части соединена с внутренней поверхностью переходного металлического кольца [Авторское свидетельство СССР №932578, HO1J 17/02, 1982 г. - прототип]
Данный газонаполненный разрядник отличается от предыдущих тем, что с целью повышения его механической прочности и надежности за счет компенсации усилий в спае, вызванного отличием температурных коэффициентов линейного расширения спаиваемых материалов керамики и металла (сплавы 29НК или 42НАВИ), между внутренней поверхностью металлического корпуса и торцевой поверхностью нижней части изолятора размещен узел, состоящий из переходного кольца, манжеты и компенсирующего керамического кольца, причем переходное кольцо соединено с металлическим корпусом, а манжета - с торцевой поверхностью нижней части изолятора и металлизированной поверхностью компенсирующего керамического кольца. Конструкция спая позволяет выдерживать высокие избыточные давления (десятки атмосфер) при больших геометрических размерах. Избыточное давление наполняющего газа в такой конструкции вызывает сжимающее усилие в спае, так как усилие на изолятор передается через компенсирующее керамическое кольцо и переходное кольцо на внутреннюю отбортовку металлического корпуса. Недостатком разрядника является ограничение пространства между осевым выводом электрода, расположенного на изоляторе и металлическим корпусом разрядника, что снижает электрическую прочность разрядника между осевым выводом второго электрода и металлическим корпусом, и создает неоднородность электрического поля в коаксиале при коаксиальном включении нагрузки. Указанные недостатки существенны при разработке генераторов высоковольтных импульсов напряжения с субнаносекундными фронтами, так как наличие неоднородности в коаксиальной линии приводит к искажению ТЕМ-волны и затягиванию фронта выходного импульса. При использовании такого разрядника в генераторе для формирования импульсов с наносекундным фронтом этот недостаток не имеет значения, что подтверждено использованием таких разрядников в серийно выпускаемых аппаратах для дефектоскопии металлоконструкций таких как Арина-3, Арина-5, Арина-7, Арина-9, Пион и т.д. Основным недостатком конструкции данного разрядника является низкий процент выхода годных изделий в процессе производства, что вызвано некачественной пайкой металлокерамического узла прибора.
Задачей полезной модели является создание газонаполненного разрядника с высоким процентом выхода годных изделий, за счет повышения прочности спая манжеты с переходным металлическим кольцом.
Указанный технический эффект достигается тем, что в известном газонаполненном разряднике, содержащем оболочку из металлического корпуса в виде цилиндрического стакана и размещенного в нем изолятора в виде полого усеченного конуса, два соосных электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, большее основание которого соединено с отбортовкой корпуса через узел, включающий переходное металлическое кольцо, соединенное с отбортовкой корпуса, компенсирующее изоляционное кольцо, расположенное на поверхности переходного металлического кольца, обращенной в сторону изолятора и манжету, нижняя и верхняя поверхности плоской части которой соединены соответственно, с компенсирующим изоляционным кольцом и большим основанием изолятора, а внешняя поверхность ее цилиндрической части соединена с внутренней поверхностью переходного металлического кольца, между обращенными друг к другу поверхностями компенсирующего изоляционного кольца и цилиндрической части манжеты расположено, по крайней мере, одно кольцо из материала не смачиваемого припоем, например, нихрома.
Расположение кольца из материала не смачиваемого припоем, например, нихрома между обращенными друг к другу поверхностями компенсирующего изоляционного кольца и цилиндрической части манжеты способствует удержанию припоя в месте спая манжеты с переходным металлическим кольцом и дает возможность полного заполнения припоем зазора между спаиваемыми деталями (манжеты и переходного металлического кольца) даже при слабых капиллярных силах в процессе спая, что наблюдается при изготовлении деталей с сопряженными размерами на верхней границе допуска. С другой стороны кольцо препятствует растеканию припоя вверх по цилиндрической поверхности манжеты по направлению к торцевому спаю манжеты с торцевой поверхностью компенсирующего изоляционного кольца. С целью минимизации габаритных размеров разрядников компенсирующее изоляционное кольцо выполняются высотой не более 3-4 мм с металлизированной торцевой поверхностью для спая, поэтому в случая отсутствия разделительного кольца из материала не смачиваемого припоем между двумя спаями возможно перетекание припоя под действием поверхностных сил с нижнего охватывающего спая манжеты с переходным металлическим кольцом к торцевому спаю манжеты с компенсирующим изоляционным кольцом и удерживанию его под действием капиллярных сил торцевого спая. Отток припоя с нижнего охватывающего спая приводит к неполному заполнению зазора между спаиваемыми деталями и, как следствие, к потере вакуумной плотности. Таким образом, предлагаемая конструкция газонаполненного разрядника позволит значительно повысит качество и процент выхода годных изделий в процессе их изготовления.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию "новизна".
Заявленное изобретение поясняется чертежом.
На фиг.1 показан один из вариантов предлагаемого газонаполненного разрядника в разрезе.
Газонаполненный разрядник содержит металлический корпус 1 в виде цилиндрического стакана с отбортовкой и расположенный в нем изолятор 2 в виде полого усеченного конуса, два электрода - анод 3, закрепленный на внутренней поверхности дна цилиндрического стакана корпуса 1, и катод 4, размещенный на торцевой поверхности меньшего основания изолятора 2, узел, включающий переходное металлическое кольцо 5, соединенное с отбортовкой корпуса 1, компенсирующее изоляционное кольцо 6, обращенное металлизированной поверхностью в сторону изолятора 2, манжету 7, верхняя и нижняя поверхности плоской части которой соединены соответственно с большим основанием изолятора 2 и компенсирующим изоляционным кольцом 6, а внутренняя поверхность ее цилиндрической части соединена с внутренней поверхностью переходного металлического кольца 5 и кольцо 8 из проволоки нихрома, расположенное между обращенными друг к другу поверхностями компенсирующего изоляционного кольца 6 и цилиндрической части манжеты 7.
Работает газонаполненный разрядник следующим образом.
Между анодом 3 и катодом 4 прикладывают импульсное напряжение, амплитуда которого нарастает со временем. По достижению напряжения, равного напряжению пробоя, разрядник пробивается и в нагрузке возникает импульс тока, величина и форма которого определяется параметрами разрядной цепи и величиной напряжения пробоя разрядника.
Использование предлагаемой полезной модели позволило создать механически прочные и надежные в работе газонаполненные разрядники-обострители РО-43, РО-48, РО-49 с высоким процентом выхода. В процессе производства этих разрядников брак, связанный с непропаем узла, включающего компенсирующее изоляционное кольцо, манжету и переходное металлическое кольцо, не выявлен.
Такие разрядники найдут широкое применение в рентгеновской дефектоскопии металлоконструкций и при разработке генераторов субнаносекундных импульсов.
Таким образом, заявленное техническое решение позволяет создать разрядники с субнаносекундной коммутацией с высокими надежностью, механической и электрической прочностью, имеющие высокий процент выхода.