CN105840444B - 用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构 - Google Patents

用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构 Download PDF

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Abstract

用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构，涉及电推进器电气绝缘领域。本发明是为了解决现有的霍尔推力器气路绝缘子外侧由于真空绝缘沿面闪络机制引起的绝缘失效和绝缘子内侧由于低气压击穿机制引起的绝缘失效问题。本发明陶瓷绝缘子的横截面呈“山”型结构，且陶瓷绝缘子的外表面为圆柱结构，陶瓷绝缘子的中间端为凸槽结构，该结构在有限空间内大幅度增加爬电通道长度，降低了空间等离子体在电极电场作用下对爬电通道的撞击程度，同时，气体分配器管路被包裹在陶瓷绝缘子内，减少了带电粒子对高电位与高电场强度处的绝缘子沿面的轰击，进而提高了抗真空沿面闪络特性的绝缘强度。

Description

用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构
技术领域
本发明涉及一种主要用于电推进器电气绝缘的绝缘设计，该设计可用于电推进器中电势差值低于1000V的供气管路绝缘。
背景技术
霍尔推力器相对于其他电推进装置具有结构简单、推力更大、效率和可靠性更高等优点，经过40余年的理论研究与实际应用，国外对霍尔推力器工程化研究与设计已十分成熟。目前，我国正处于大力发展电推进技术阶段，对于霍尔推力器在工程应用方面的研究工作还处于起步阶段，这其中保证霍尔推力器电气绝缘安全性进而保证其高可靠性是极其重要的一步。与大气环境下工作的常规电气设备绝缘研究与设计不同，霍尔推力器作为一种工作在高真空环境、等离子体环境下的特殊电气设备，由于真空中带电质点的平均自由行程很大，其电气绝缘的研究与设计也更加特殊化。在等离子体环境促进作用下的真空绝缘闪络机制引起的绝缘失效将更易发生，除此之外，在两电极之间由易电离的工质气体形成的低气压环境导致的低气压击穿也是霍尔推力器绝缘设计需要面对的主要问题。
作为霍尔推力器多种重要绝缘问题之一，供气管路的绝缘特点是位于真空环境、等离子体环境及低气压环境中。绝缘子外侧所需面对的问题是由真空绝缘沿面闪络机制引起的绝缘失效，绝缘子内侧所需面对的问题是低气压击穿机制引起的绝缘失效。
发明内容
本发明是为了解决现有的霍尔推力器气路绝缘子外侧由于真空绝缘沿面闪络机制引起的绝缘失效和绝缘子内侧由于低气压击穿机制引起的绝缘失效问题。现提供用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构。
用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构，它包括气体分配器管路、陶瓷绝缘子和贮供系统金属端口，
陶瓷绝缘子的横截面呈“山”型结构，且陶瓷绝缘子的外表面为圆柱结构，陶瓷绝缘子的中间端为凸槽结构，
贮供系统金属端口包裹在陶瓷绝缘子的底部，气体分配器管路的凹槽结构与陶瓷绝缘子的凸槽结构配合连接，且陶瓷绝缘子将气体分配器管路包裹在内，
气体分配器管路、陶瓷绝缘子和贮供系统金属端口的内腔是连通的，
气体分配器管路用于连接高电位的供气管路接口，贮供系统金属端口用于连接低电位的供气管路接口。
本发明的有益效果为：绝缘子内侧的气路通道上发生的绝缘失效机制为“低气压击穿”。采用低点位的贮供系统金属端口包裹陶瓷绝缘子的方式，实现了绝缘子在有限长度下大幅度降低绝缘子内侧气路通道上的电场强度分布的最大值，提高临界击穿电压，进而提升绝缘强度。
绝缘子外侧发生的绝缘失效机制主要为“真空绝缘沿面闪络”。通过“山”型绝缘子结构延长爬电通道长度，降低了空间等离子体在电级电场的作用下对爬电通道的撞击作用，进而提高绝缘强度。
采用高电位的气体分配器与“山”形绝缘子的顶端端口相联接，使其被“山”形绝缘子的外围包裹在内，减少等离子空间里的带电粒子对高电位与高电场强度处的绝缘子沿面的轰击，减少“真空绝缘沿面闪络”机制发展过程初始电子的产生，提高绝缘强度。
本发明具有尺寸小、寿命高、可靠性高、绝缘性能好及通用性强的特点，本绝缘结构在不同低气压(0.74-7.0*10-2Pa)的真空压力下击穿电压均大于990V，实验过程未发生绝缘失效现象，本绝缘结构满足现阶段国内电推进器气路绝缘安全的设计要求。
附图说明
图1为具体实施方式一所述用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构的整体结构图；
图2为具体实施方式一所述的用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构的剖面图；
图3为图1的左视图；
图4为图3中A-A的剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构，它包括气体分配器管路1、陶瓷绝缘子2和贮供系统金属端口3，
陶瓷绝缘子2的横截面呈“山”型结构，且陶瓷绝缘子2的外表面为圆柱结构，陶瓷绝缘子2的中间端为凸槽结构，
贮供系统金属端口3包裹在陶瓷绝缘子2的底部，气体分配器管路1的凹槽结构与陶瓷绝缘子2的凸槽结构配合连接，且陶瓷绝缘子2将气体分配器管路1包裹在内，
气体分配器管路1、陶瓷绝缘子2和贮供系统金属端口3的内腔是连通的，
气体分配器管路1用于连接高电位的供气管路接口，贮供系统金属端口3用于连接低电位的供气管路接口。
本实施方式中，“山”型陶瓷绝缘子2两端分别连接不同电位的气体分配器管路1和贮供系统金属端口3，针对等离子体环境下更易发生的“真空绝缘沿面闪络”现象，“山”型貌设计可以有效延长两电极间的爬电距离，降低了空间等离子体在电级电场的作用下对爬电通道的撞击作用，进而提高绝缘子外沿面的绝缘强度。
气体分配器管路1被“山”型绝缘子的外围包裹在内，减少等离子空间里的带电粒子对高电位与高电场强度处的绝缘子沿面的轰击，进而减少“真空绝缘沿面闪络”机制发展过程初始电子的产生，提高绝缘强度。
贮供系统金属端口3采用“包裹”的方式与绝缘子相联，使得高电场强度分布集中于绝缘子外侧的金属供气管路边缘位置，最终有效降低绝缘子内侧电场强度分布，进而针对“低气压击穿”绝缘失效机制有效提高了绝缘强度。
气体分配器管路1也可以叫做阴极供气管路。气体分配器管路1工作的时候是高电平。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构作进一步说明，本实施方式中，贮供系统金属端口3与陶瓷绝缘子2底部钎焊连接。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构作进一步说明，本实施方式中，陶瓷绝缘子2的中间端与气体分配器管路1钎焊连接。
本实施方式中，气体分配器管路1采用倒角处理以配合绝缘子联接，联接方式为钎焊，通过气密性检测。
本发明给出了在380V电位差下的仿真结果，得出高电场强度分布集中于绝缘结构外侧的金属供气管路边缘位置。同时，在局部位置进行倒角加工处理，进一步降低电场强度分布。
根据表1中的电气绝缘结构击穿电压测试表所示，本绝缘结构在不同低气压(0.74-7.0*10-2Pa)真空压力下击穿电压均大于990V，实验结果符合设计要求。由实验结果可知气路通道直径为2mm时，可以有效保证工质流量在2～100sccm时所形成的低气压环境的临界低气压击穿电压高于990V，满足现阶段国内电推进器气路绝缘安全的设计要求。
表1
序号 罐内压力X10-2Pa 管路压力Pa 击穿电压V
1 1.3 1835 >990
2 1.9 2538 >990
3 2.2 2877 >990
4 0.74 3291 >990
5 3.0 3431 >990
6 0.89 3825 >990
7 1 4315 >990
8 4.4 4821 >990
9 1.3 5300 >990
10 1.4 5789 >990
11 5.5 5909 >990
12 1.6 6260 >990
13 7.0 7268 >990
14 2.1 8000 >990
15 2.4 8850 >990
16 2.7 9662 >990
17 2.9 10490 >990

Claims (3)

1.用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构，其特征在于，它包括气体分配器管路(1)、陶瓷绝缘子(2)和贮供系统金属端口(3)，
陶瓷绝缘子(2)的横截面呈“山”型结构，且陶瓷绝缘子(2)的外表面为圆柱结构，陶瓷绝缘子(2)的中间端为凸槽结构，
贮供系统金属端口(3)包裹在陶瓷绝缘子(2)的底部，气体分配器管路(1)的凹槽结构与陶瓷绝缘子(2)的凸槽结构配合连接，且气体分配器管路(1)连接在“山”型陶瓷绝缘子(2)的中间端，
气体分配器管路(1)、陶瓷绝缘子(2)和贮供系统金属端口(3)的内腔是连通的，
气体分配器管路(1)用于连接高电位的供气管路接口，贮供系统金属端口(3)用于连接低电位的供气管路接口。
2.根据权利要求1所述的用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构，其特征在于，贮供系统金属端口(3)与陶瓷绝缘子(2)底部钎焊连接。
3.根据权利要求1所述的用于霍尔推力器供气管路的电气绝缘结构，其特征在于，陶瓷绝缘子(2)的中间端与气体分配器管路(1)钎焊连接。
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