CN103198825B - 水下等离子体声源的放电电极 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种水下等离子体声源的放电电极，包括一体化内电极、绝缘层、一体化外电极、固定支架；绝缘层固定在一体化内电极外表面上，绝缘层外圆面为外螺纹结构；一体化外电极由十字支架、外放电触点和螺纹连接部件组成，螺纹连接部件为中空圆柱结构，螺纹连接部件与绝缘层同轴螺纹密封固定连接，且内放电触点中心轴线与外放电触点中心轴线同轴；螺纹连接部件与固定支架同轴螺纹密封固定连接；固定支架固定在外部安装基座上。本发明在大功率大电流高重复频率的情况下也可实现间距可调、高度可调，即声场中心可任意调节，能够适应于不同型面和焦距的聚能反射罩。
Description
技术领域
本发明涉及一种放电电极，具体为一种水下等离子体声源的放电电极。
背景技术
水下等离子体声源是一种利用“液电效应”来产生水下冲击波的脉冲声源。具有发射声功率大、脉冲窄、频带宽等一系列优点，在体外碎石和管道除垢、食品消毒和污水处理、海洋勘探和目标探测等领域具有广泛应用。所谓的液电效应是指在液体中进行高压放电时，在放电区域内产生极高压力的现象。水下等离子体声源系统主要包括充电系统、储能系统、触发系统、放电电极和聚能反射罩，其中放电电极是水下等离子体声源中将系统电能转化为机械能的电声转换核心部件，它直接决定了放电系统的电声转换效率。
在高电压作用下，放电电极的击穿过程就是先导的产生和发展的过程，直到其中一个先导接通放电电极，产生“液电效应”。当“液电效应”发生时，电极间水被迅速蒸发，并电离形成高温高压等离子体，等离子体通道内的温度可达2×104~5×104K，压力可达1GPa。如此恶劣的工作环境要求电极材料具有熔点高、强度高、导电性能好、耐烧蚀等特性。
放电电极的间距对电声转换效率有着决定性的影响。放电电极间距的过大或过小都会影响电声转换效率，应该根据冲击波要求和高压系统的配置，选择一个最佳间距，从而使电声转换效率达到最佳。在使用过程中，随着放电电极的不断烧蚀，电极间距会发生变化，达不到其最佳效果，为始终保证最佳效率，需要对间距进行及时调整。现有技术中公开了许多放电电极，其中存在各种各样的缺点，如专利US4809682（Underwater electrodes for contactless lithotripsy）和专利CN00204843.4（放电电极）中提到的放电电极为固定间距，且固定支架为门架，通流能力小、易变形；而专利CN200920101579.5（放电电极）和专利US6217531（Adjustable electrode and related method）的放电电极采用螺纹和螺母连接，可基本实现间距可调，但这种结构接触电阻大，放电效率低，放电不稳定，在大电压大电流的情况下容易烧结而导致无法调整电极间距。
放电电极的高度对聚能效果有着决定性的影响。对于配备聚能反射罩的水下等离子体声源系统，声源中心必须严格处于聚能反射罩的第一焦点处，才能得到最佳聚能效果。而放电电极的高度对应着放电通道（即声源中心）的高度，因此放电电极初始安装时，需要对电极高度进行精确调整；在放电电极使用过程中，由于烧蚀不对称的原因，电极高度会发生变化，也需要对电极高度进行及时调整；同时，为了研究电极高度变化对不同型面和焦距的聚能反射罩性能特性的影响，也要求电极高度方便调整。上述专利均无法实现电极高度调整，特别是在大功率条件下的精确调整。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种水下等离子体声源的放电电极，其在大功率大电流高重复频率的情况下也可实现间距可调、高度可调，即声场中心可任意调节，能够适应于不同型面和焦距的聚能反射罩。
技术方案
本发明的技术方案为：
一种水下等离子体声源的放电电极，其特征在于：包括一体化内电极、绝缘层、一体化外电极、固定支架；所述一体化内电极由内部电极主体和内放电触点组成，内放电触点焊接在内部电极主体的一端；绝缘层固定在一体化内电极外表面上，绝缘层外圆面为外螺纹结构；所述一体化外电极由十字支架、外放电触点和螺纹连接部件组成，十字支架采用双门架十字交叉结构，外放电触点焊接在十字支架中内部交叉的位置，十字支架下部焊接在螺纹连接部件的一端；所述螺纹连接部件为中空圆柱结构，螺纹连接部件的内表面和外表面都有螺纹；螺纹连接部件与绝缘层同轴螺纹密封固定连接，且内放电触点中心轴线与外放电触点中心轴线同轴；螺纹连接部件与固定支架同轴螺纹密封固定连接；固定支架固定在外部安装基座上。
所述一种水下等离子体声源的放电电极，其特征在于：在螺纹连接部件远离外放电触点的一端装有锁紧扣；在固定支架端部装有锁紧扣。
有益效果
本发明具有以下效果：
1、本发明中的内部电极和外部电极都采用一体化结构，具有耐大电流，损耗小，机械强度高，抗冲击等特点，特别适用于大功率大电流脉冲放电；
2、本发明中一体化内电极与绝缘层形成整体，从而提高电极内芯的机械强度和绝缘强度；
3、本发明中绝缘层与一体化外电极采用密封螺纹连接，通过旋转一体化内电极可连续调整放电电极间距；一体化外电极与固定支架采用密封螺纹连接，使一体化外电极带着一体化内电极可以沿着固定支架进行上下运动，从而调整电极高度（声场中心），在使用聚能反射罩的情况下可以使放电电极精确位于聚能反射罩的焦点处，可适用于不同型面和焦距的聚能反射罩；并且由于内部电极和外部电极是相互分离且独立可调的，当电极局部烧蚀后，可通过调整电极间距与高度，以保证放电效果，从而延长电极使用寿命；当电极严重烧蚀时，可对内部电极或外部电极进行部分更换，而不用更换整个电极，从而降低维护成本。
附图说明
图1：本发明放电电极总体纵剖面结构示意图；
图2：本发明中缠有绝缘层的一体化内电极示意图；
图3：本发明中一体化外电极的剖面结构示意图；
图4：本发明中一体化外电极的俯视结构示意图；
其中：1-一体化内电极、2-绝缘层、3-一体化外电极、4-固定支架、5-固定支架锁紧扣、6-外电极水密封圈、7-固定支架水密封圈、8-外电极锁紧扣、1′-内部电极主体、1″-内放电触点、3′-十字支架、3″-螺纹连接部件、3″′-外放电触点。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
参照附图1，本实施例中的水下等离子体声源的放电电极包括一体化内电极1、绝缘层2、一体化外电极3和固定支架4。
所述一体化内电极由内部电极主体和内放电触点组成，内放电触点焊接在内部电极主体的一端。内放电触点作为放电电极的一极，选用耐烧蚀且导电性能好的材料。在放电电极工作时，主要靠内放电触点部分进行尖端放电，而内部电极主体则主要用来导电和连接其他部件。这种一体化结构机械强度高、抗冲击、抗烧蚀、损耗小，特别适用于大功率大电流脉冲放电。
绝缘层固定在一体化内电极外表面上，绝缘层与一体化内电极形成一个整体，从而提高电极内芯的机械强度和绝缘强度。绝缘层采用复合材料，绝缘材料电阻率高，主要用来隔离一体化内电极和一体化外电极。绝缘层外圆面为螺纹结构，用于与一体化外电极的内螺纹连接。
一体化外电极装在绝缘层外层，一体化外电极由十字支架、外放电触点和螺纹连接部件组成，参照附图3和附图4，十字支架采用双门架十字交叉结构，外放电触点焊接在十字支架中内部交叉的位置，外放电触点作为放电电极的另一极，也选用耐烧蚀且导电性能好的材料。十字支架下部焊接在螺纹连接部件的一端，这种一体化结构机械强度高、抗冲击、抗烧蚀、损耗小，特别适用于大功率大电流脉冲放电。所述螺纹连接部件为中空圆柱结构，螺纹连接部件的内表面和外表面都有螺纹，螺纹连接部件与绝缘层同轴螺纹固定连接，并采用水密封圈密封，且内放电触点中心轴线与外放电触点中心轴线同轴，这样通过旋转一体化内电极可连续调整放电电极间距。螺纹连接部件与固定支架同轴螺纹固定连接，并采用水密封圈密封，使一体化外电极带着一体化内电极可以沿着固定支架进行上下运动，从而调整电极高度（声场中心）。在调整好电极间距和电极高度之后，在螺纹连接部件远离电极头的一端和固定支架相应位置都装上锁紧扣5和锁紧扣8，以防止放电电极在大功率工作时发生松动，而使电极间距或者电极高度发生变化。
固定支架安装在聚能反射罩或者其他基座上，当固定支架与基座固定好之后，通过旋转一体化外电极就可以方便地调整放电电极高度，在使用聚能反射罩的情况下就可以使放电电极精确地位于聚能反射罩的焦点处。
当放电电极工作时，放电电极会逐渐烧蚀，放电电极间距不断变大，在一体化外电极3烧蚀不严重（即电极高度H可认为不变）的情况下，通过旋转一体化内电极1可微调放电电极间距D。一体化外电极3采用十字支架结构（见图4中的3′），从而增大通流能力和机械强度。如果一体化外电极3烧蚀严重，可同时调整一体化外电极3和一体化内电极1，使电极高度H和电极间距D与之前的参数保持一致，以保证放电效果。一体化外电极3的外层为固定支架4，固定支架4的内圆和外圆都有螺纹，内螺纹用来调整电极高度，外螺纹用来将固定支架固定在聚能反射罩或者其他基座上。在一体化外电极3和固定支架4的内侧都有两个水密凹槽，用来放置密封圈，保证水密性能。当调整好电极间距D和电极高度H后，则安装好锁紧扣，以防松动。如果要调整电极间距D或者电极高度H，应该先松锁紧扣。另外，在设计放电电极时，一体化外电极3的十字支架部分和固定支架4的距离A应保留一定的余量，可确保电极高度H的调整余量。当电极严重烧蚀时，可对内部电极1或外部电极3进行部分更换，而不用更换整个电极。
Claims (2)
1.一种水下等离子体声源的放电电极，其特征在于：包括一体化内电极、绝缘层、一体化外电极、固定支架；所述一体化内电极由内部电极主体和内放电触点组成，内放电触点焊接在内部电极主体的一端；绝缘层固定在一体化内电极外表面上，绝缘层与一体化内电极形成一个整体，绝缘层外圆面为外螺纹结构；所述一体化外电极由十字支架、外放电触点和螺纹连接部件组成，十字支架采用双门架十字交叉结构，外放电触点焊接在十字支架中内部交叉的位置，十字支架下部焊接在螺纹连接部件的一端；所述螺纹连接部件为中空圆柱结构，螺纹连接部件的内表面和外表面都有螺纹；螺纹连接部件与绝缘层同轴螺纹密封固定连接，且内放电触点中心轴线与外放电触点中心轴线同轴；螺纹连接部件与固定支架同轴螺纹密封固定连接；固定支架固定在外部安装基座上。
2.根据权利要求1所述一种水下等离子体声源的放电电极，其特征在于：在螺纹连接部件远离外放电触点的一端装有锁紧扣；在固定支架端部装有锁紧扣。
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