一種氣體火花開(kāi)關(guān)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種氣體火花開(kāi)關(guān)。所述氣體火花開(kāi)關(guān)中的高壓電極依次與壓緊環(huán)、電極座、電極密封圈、螺母、彈墊連接；觸發(fā)電極依次與上下卡環(huán)、絕緣墊圈、絕緣螺母、絕緣螺桿、外殼連接；所述高壓電極與觸發(fā)電極的中心線重合；進(jìn)氣嘴與出氣嘴及相應(yīng)氣路形成循環(huán)氣流。本實(shí)用新型適用于高功率脈沖【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種氣體火花開(kāi)關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于脈沖功率技術(shù)的高功率開(kāi)關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種氣體火花開(kāi)關(guān)，功率為800 MW，重復(fù)頻率為0.1 Hz，壽命可達(dá)100萬(wàn)次。

【背景技術(shù)】
[0002]開(kāi)關(guān)技術(shù)是決定脈沖功率技術(shù)朝著更高功率、更高重復(fù)頻率發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前脈沖功率技術(shù)中能工作在重復(fù)頻率運(yùn)行條件下，且峰值功率能達(dá)到GW量級(jí)的開(kāi)關(guān)主要是氣體開(kāi)關(guān)，但是一般而言大電流氣體火花開(kāi)關(guān)由于自身放電劇烈、燒蝕嚴(yán)重且氣體絕緣性能恢復(fù)較慢，其壽命及重復(fù)頻率往往比較低。從國(guó)防科技大學(xué)程新兵的工學(xué)碩士學(xué)位論文“聞功率重復(fù)頻率氣體火花開(kāi)關(guān)研究”等一系列文獻(xiàn)可以看出，目如國(guó)內(nèi)在GW量級(jí)氣體火花開(kāi)關(guān)的重復(fù)頻率及壽命之間并未找到一個(gè)較為良好的解決方案。因此研究高功率大電流氣體火花開(kāi)關(guān)對(duì)脈沖功率裝置的重復(fù)頻率和長(zhǎng)壽命運(yùn)行有著重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氣體火花開(kāi)關(guān)。
[0004]本實(shí)用新型的氣體火花開(kāi)關(guān)，其特點(diǎn)是，所述氣體火花開(kāi)關(guān)中的高壓電極依次與壓緊環(huán)、電極座、電極密封圈、螺母、彈墊連接；觸發(fā)電極依次與上下卡環(huán)、絕緣墊圈、絕緣螺母、絕緣螺桿、外殼連接；所述高壓電極與觸發(fā)電極的中心線重合；進(jìn)氣嘴與出氣嘴及相應(yīng)氣路形成循環(huán)氣流。
[0005]本實(shí)用新型的氣體火花開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)影響氣體火花開(kāi)關(guān)壽命和重復(fù)頻率運(yùn)行因素進(jìn)行分析研究，本實(shí)用新型解決現(xiàn)有氣體火花開(kāi)關(guān)壽命和重復(fù)頻率瓶頸主要技術(shù)方案就是:一、提出同軸三電極結(jié)構(gòu)，增大放電表面積同時(shí)均勻放電，盡可能增大電極使用壽命；二、引入循環(huán)氣流，提高氣體絕緣恢復(fù)能力的同時(shí)及時(shí)帶走放電產(chǎn)物，避免對(duì)電極進(jìn)行燒蝕和對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)壁的污染。
[0006]氣體開(kāi)關(guān)的電極燒蝕是影響開(kāi)關(guān)壽命的主要因素之一，而電極燒蝕主要由各種焦耳加熱機(jī)制和放電產(chǎn)生的離子噴射對(duì)電極的燒蝕造成。開(kāi)關(guān)工作時(shí)，大量的能量耗散在電極表面，當(dāng)這個(gè)能量超過(guò)電極材料融化閾值時(shí)，就會(huì)發(fā)生金屬熔化，甚至產(chǎn)生金屬蒸汽噴射。當(dāng)這些燒蝕在某一點(diǎn)達(dá)到一定程度之后，勢(shì)必會(huì)影響開(kāi)關(guān)電極間的場(chǎng)強(qiáng)分布和耐壓特性，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)失效，縮短其使用壽命。因此增大開(kāi)關(guān)壽命的主要途徑集中在以下幾個(gè)方面:(1)選擇耐燒蝕的電極材料，減小開(kāi)關(guān)電極焦耳熱，降低開(kāi)關(guān)電極的燒蝕程度；(2)減小單發(fā)放電的峰值電流和電荷轉(zhuǎn)移量，可有效延長(zhǎng)電極使用壽命；(3)對(duì)電極形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使電極表面放電盡可能均勻，有利于減小局部區(qū)域電極的燒蝕；(4)使用循環(huán)吹氣氣流，及時(shí)帶走放電產(chǎn)物，避免對(duì)電極進(jìn)行燒蝕，且可以對(duì)絕緣外殼進(jìn)行保護(hù)。
[0007]對(duì)氣體開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)的重復(fù)頻率運(yùn)行取決于開(kāi)關(guān)中氣體復(fù)合和消電離的過(guò)程，即絕緣恢復(fù)過(guò)程。對(duì)氣體絕緣恢復(fù)過(guò)程的研究，通常認(rèn)為影響氣體絕緣恢復(fù)過(guò)程的因素是炙熱氣體和殘余的帶電粒子。這兩個(gè)因素的影響若在下一次放電前未完全恢復(fù)將會(huì)加速電子崩的形成，造成開(kāi)關(guān)的提前擊穿，影響開(kāi)關(guān)性能。通過(guò)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究，通常采用以下幾種方法提高氣體火花開(kāi)關(guān)的恢復(fù)速度:(I)對(duì)放電區(qū)強(qiáng)力吹氣，有助于絕緣氣體快速消電離且?guī)ё叻烹姺磻?yīng)物；(2)采用具有更好恢復(fù)特性的氣體作為開(kāi)關(guān)的絕緣介質(zhì)氣體，除了氣體類(lèi)型，氣體工作場(chǎng)強(qiáng)、不同混合氣體也會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)恢復(fù)速度造成影響；(3)放電電流對(duì)恢復(fù)過(guò)程影響很大，一般較小的電流對(duì)應(yīng)較快的恢復(fù)速度；(4)此外，在開(kāi)關(guān)電極間加掃描電壓、改變負(fù)載阻抗、控制充電方式等都會(huì)對(duì)氣體火花開(kāi)關(guān)恢復(fù)速度有一定影響。
[0008]通過(guò)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)合氣體火花開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)行改進(jìn)各方面的實(shí)際情況，得到本實(shí)用新型提出的一種氣體火花開(kāi)關(guān)主要技術(shù)方案:引入同軸三電極結(jié)構(gòu)及循環(huán)氣流。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:在現(xiàn)有氣體火花開(kāi)關(guān)放電機(jī)理研究基礎(chǔ)上，對(duì)開(kāi)關(guān)電極及絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在引入同軸三電極結(jié)構(gòu)及循環(huán)氣流之后，新型長(zhǎng)壽命高功率重復(fù)頻率氣體火花開(kāi)關(guān)在壽命及重復(fù)頻率上面都得到較大提升，大大提升氣體火花開(kāi)關(guān)在脈沖功率【技術(shù)領(lǐng)域】的應(yīng)用范圍，并有望進(jìn)一步推進(jìn)重復(fù)頻率高功率脈沖功率裝置的實(shí)現(xiàn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的氣體火花開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖中:1.上下卡環(huán) 2.進(jìn)氣嘴 3.出氣嘴 4.密封圈 5.絕緣墊圈 6.絕緣螺母 7.絕緣螺桿 8.外殼 9.高壓電極 10.觸發(fā)電極
11.壓緊環(huán) 12.電極座 13.電極密封圈 14.螺母 15.彈墊。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型一種氣體火花開(kāi)關(guān)。
[0013]圖1為本實(shí)用新型的氣體火花開(kāi)關(guān)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中，本實(shí)用新型的氣體火花開(kāi)關(guān)含有兩個(gè)高壓電極9、一個(gè)觸發(fā)電極10和兩個(gè)開(kāi)關(guān)外殼8,兩個(gè)高壓電極9與一個(gè)觸發(fā)電極10構(gòu)成本實(shí)用新型主體同軸三電極結(jié)構(gòu)，為了使放電均勻，三個(gè)同軸電極安裝時(shí)必須保持十分良好的同軸度。其連接關(guān)系是，高壓電極9通過(guò)與壓緊環(huán)11、電極座12、電極密封圈13、螺母14、彈墊15緊密安裝，保證高壓電極同軸度，觸發(fā)電極10通過(guò)與上下卡環(huán)1、密封圈4、絕緣墊圈5、絕緣螺母6、絕緣螺桿7、外殼8緊密安裝，保證觸發(fā)電極的同軸度。開(kāi)關(guān)絕緣氣體通過(guò)一個(gè)進(jìn)氣嘴2、兩個(gè)出氣嘴3及相應(yīng)氣路裝置形成循環(huán)氣流，結(jié)合開(kāi)關(guān)獨(dú)特的三電極結(jié)構(gòu)形成良好的豎吹路徑，有效的規(guī)避放電產(chǎn)物對(duì)電極的污染。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體火花開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述氣體火花開(kāi)關(guān)中的高壓電極(9)依次與壓緊環(huán)(11)、電極座(12)、電極密封圈(13 )、螺母(14 )、彈墊(15 )連接；觸發(fā)電極(10 )依次與上下卡環(huán)(I)、絕緣墊圈(5)、絕緣螺母(6)、絕緣螺桿(7)、外殼(8)連接；所述高壓電極(9)與觸發(fā)電極(10)的中心線重合；進(jìn)氣嘴(2)與出氣嘴(3)及相應(yīng)氣路形成循環(huán)氣流。
【文檔編號(hào)】H01T1/00GK203983729SQ201420411497
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】章樂(lè), 王勐, 周良驥, 韓文輝, 任靖, 康軍軍, 王杰, 陳林, 謝衛(wèi)平 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所