CN107799112B - 一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法 - Google Patents

一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法，包括：根据液电脉冲激波器的运行工况条件获得限制参数，根据限制参数、不均匀电场条件、金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件、绝缘构件沿面绝缘条件确定结构参数取值范围集，在结构参数取值范围集内选取液电脉冲激波发生器的结构参数，判断液电脉冲激波发生器的结构参数是否同时满足电气绝缘条件、稳定击穿条件与尺寸限制条件，若是，则认为激波发生器的结构尺寸适合于该运行工况条件，否则将不满足条件的结构参数重新在该结构参数取值范围内选取，直至结构参数满足限制条件。该方法可得到不同运行工况条件下最优结构参数，保证液电脉冲激波发生器在特殊工作环境下高效、稳定与可靠的运行。

Description

一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法
技术领域
本发明属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法。
背景技术
液体中进行的高压脉冲电弧放电，在电弧快速剧烈膨胀的过程中，会沿膨胀方向辐射出高强度脉冲激波，该现象被称之为“液电效应”。如今，该效应已被广泛应用于油气增产、激波碎石、液电成型和水质处理等领域。
目前，已有的液电脉冲激波器产品普遍存在的问题是：1、间隙放电的稳定性较差；2、产生的液电脉冲激波强度和能量利用效率较低。与此同时，液电脉冲激波器通常需要工作在诸如油井管道等特殊环境中，因此对装置的尺寸、耐用性、稳定性等设计指标都有要求。然而，目前缺乏一套针对不同运行工况下的液电脉冲激波器的优化设计方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法，其目的在于解决依据现有的参数获取方法获得的液电脉冲激波发生器无法兼顾电气绝缘条件、稳定击穿条件以及尺寸限制条件这三个条件的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法，液电脉冲激波发生器包括高压针电极、低压平板电极、绝缘构件和金属外筒，参数获取方法包括如下步骤：
步骤1：根据液电脉冲激波器的运行工况条件获得限制参数，限制参数包括最大工作电压Um、最大金属外筒外径Rmax、最小高压针电极尖端半径Rmin、最小金属外筒壁厚dmin、最大针板电极倾角α；
步骤2：根据限制参数、不均匀电场条件、金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件、绝缘构件沿面绝缘条件确定结构参数取值范围集，结构参数取值范围集包括高压针电极尖端半径R1的取值范围、低压平板电极半径R2的取值范围、电极间隙距离L的取值范围、金属外筒内径R3的取值范围、金属外筒外径R4的取值范围以及绝缘构件沿面距离D的取值范围；在结构参数取值范围集内选取液电脉冲激波发生器的结构参数，结构参数包括高压针电极尖端半径、低压平板电极半径、电极间隙距离、金属外筒内径、金属外筒外径以及绝缘构件沿面距离；
步骤3：判断液电脉冲激波发生器的结构参数是否同时满足电气绝缘条件、稳定击穿条件与尺寸限制条件，若是，则认为激波发生器的结构尺寸适合于该运行工况条件，否则，转入步骤4；
步骤4：将不满足条件的结构参数重新在该结构参数取值范围内选取，并进入步骤3。
优选地，步骤2中确定结构参数取值范围集包括如下步骤：
步骤211：根据限制参数最小高压针电极尖端半径Rmin确定高压针电极尖端半径的下限值；
步骤212：根据不均匀电场条件中高压针电极尖端半径远小于低压板电极半径和高压针电极尖端半径的下限值确定低压板电极半径的下限值；
步骤213：根据限制参数中最大针板电极倾角条件和低压板电极半径的下限值确定电极间隙距离的下限值；
步骤214：根据金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件和电极间隙距离的下限值确定金属外筒内径的下限值；
步骤215：根据限制参数中最小金属外筒壁厚和金属外筒内径的下限值确定金属外筒外径的下限值。
优选地，根据公式获得高压针电极尖端半径R1的下限值；
根据公式R2,min＝10Rmin获得低压平板电极半径R2的下限值；
根据公式获得电极间隙距离L的下限值；
根据公式获得金属外筒内径R3的下限值；
根据公式获得金属外筒外径的下限值；
式中，δ为电极材料在水中的烧蚀速率；ρ为电极材料的密度；Q为单次脉冲放电的转移电荷量，Ae为质量损失比率阈值，N为放电次数，Rmin为高压针电极尖端半径R1的下限值，α为最大针板电极倾角，kR为间隙绝缘配合经验系数，P0为工作液体静压，σ为金属外筒材料许用抗压强度。
优选地，步骤2中确定结构参数取值范围集包括如下步骤：
步骤221：根据限制参数中最大金属外筒外径Rmax确定金属外筒外径R4上限值；
步骤222：根据限制参数中最小金属外筒壁厚和金属外筒外径R4上限值确定金属外筒内径R3的上限值；
步骤223：根据金属外筒内径R3的上限值和金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件确定电极间隙距离L的上限值；
步骤224：根据限制参数中针板电极最大倾角条件和电极间隙距离L的上限值确定低压板电极半径R2的上限值；电极间隙距离L的上限值和绝缘构件沿面绝缘条件确定绝缘构件沿面距离的下限值；
步骤225：根据不均匀电场条件中高压针电极尖端半径远小于低压板电极半径和低压板电极半径R2的上限值得出高压电极尖端半径R1的上限值。
优选地，根据公式R4,max＝Rmax确定金属外筒外径R4上限值；
根据公式确定金属外筒内径R3的上限值；
根据公式确定电极间隙距离L的上限值；
根据公式确定低压板电极半径R2的上限值；
根据公式得出高压针电极尖端半径R1的上限值。
根据公式确定绝缘构件沿面距离的下限值。
式中，kD为沿面绝缘配合经验系数，Rmax为最大金属外筒外径。
优选地，电气绝缘条件包括绝缘构件沿面距离、电极-外筒间隙距离均大于满足绝缘要求所需的最小值。
优选地，根据公式D≥kDL判断绝缘构件沿面距离是否满足绝缘所需最小值，根据公式判断电极-外筒间隙距离是否满足绝缘最小值，式中，Eint为超音速流注的起始场强，Um为最大工作电压，R1为高压针电极尖端半径，L为电极间隙距离。
优选地，稳定击穿条件包括要求高、低电极间的电场应为极不均匀电场，高压针电极的尖端场强大于超音速流注的起始场强以及间隙击穿角度小于预设的最大击穿角度。
优选地，根据公式和公式R2≥10R1判断高、低电极间的电场是否为极不均匀电场；
根据公式判断高压针电极的尖端场强是否大于超音速流注的起始场强；
根据公式判断间隙击穿角度是否小于预设的最大击穿角度；
式中，R3为金属外筒内径。
优选地，结构尺寸条件包括高压针电极尖端半径满足耐烧蚀性能所需的最小半径值、金属外筒壁厚是否满足承受压力最小壁厚和金属外筒半径小于设计允许的最大半径值；
根据公式判断高压针电极尖端半径满足耐烧蚀性能所需的最小半径值，根据公式判断金属外筒壁厚是否满足承受压力最小壁厚，根据公式R4≤Rmax判断金属外筒半径小于设计允许的最大半径值。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、按照本发明中提供的液电脉冲激波发生器的优化设计方法，根据不同工作条件，可灵活确定液电脉冲激波发生器的初始结构尺寸。
2、按照本发明中提供的液电脉冲激波发生器的优化设计方法，可快速判断已有液电脉冲激波发生器的结构尺寸是否满足设计要求。
3、按照本发明中提供的液电脉冲激波发生器的优化设计方法，可在满足设计限制条件的前提下，最大化提高放电的稳定性、产生液电脉冲激波的强度以及能量的利用效率。
附图说明
图1为本发明提供的液电脉冲激波发生器的典型结构示意图；
图2为本发明提供的液电脉冲激波发生器的参数获取方法流程图；
图3为本发明提供的液电脉冲激波发生器设计限制条件；
图4是液电脉冲激波发生器尺寸参数初始值选取范围。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明提供的液电脉冲激波发生器的典型结构示意图，液电脉冲激波发生器包括高压针电极101、低压平板电极102、绝缘构件103以及金属外筒104。由图1可知，液电脉冲激波发生器的特征尺寸包括：高压针电极尖端半径R1、低压平板电极半径R2、金属外筒内径R3、金属外筒外径R4、电极间隙距离L、高压针电极与金属外筒间绝缘构件的沿面距离D。
图2为本发明提供的液电脉冲激波发生器的参数获取方法，包括如下步骤：
步骤1：根据液电脉冲激波器的运行工况条件获得限制参数，限制参数包括最大工作电压Um、最大金属外筒外径Rmax、最小高压针电极尖端半径Rmin、最小金属外筒壁厚dmin、最大针板电极倾角α；
步骤2：根据限制参数、不均匀电场条件、金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件、绝缘构件沿面绝缘条件确定结构参数取值范围集，结构参数取值范围集包括高压针电极尖端半径R1的取值范围、低压平板电极半径R2的取值范围、电极间隙距离L的取值范围、金属外筒内径R3的取值范围、金属外筒外径R4的取值范围以及绝缘构件沿面距离D的取值范围；在结构参数取值范围集内选取液电脉冲激波发生器的结构参数，结构参数包括高压针电极尖端半径、低压平板电极半径、电极间隙距离、金属外筒内径、金属外筒外径以及绝缘构件沿面距离；
根据如下步骤获得结构参数中各参数的下限值：
根据限制参数中最小高压针电极尖端半径Rmin确定高压针电极尖端半径的下限值；
根据不均匀电场条件中高压针电极尖端半径远小于低压板电极半径和高压针电极尖端半径的下限值确定低压板电极半径的下限值；
根据针板电极最大倾角条件和低压板电极半径的下限值确定电极间隙距离的下限值；
根据金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件和电极间隙距离的下限值确定金属外筒内径的下限值；
根据最小金属外筒壁厚和金属外筒内径的下限值确定金属外筒外径的下限值。
根据如下步骤获得结构参数中各参数的上限值：
根据最大金属外筒外径Rmax确定金属外筒外径R4上限值；
根据最小金属外筒壁厚和金属外筒外径R4上限值确定金属外筒内径R3的上限值；
根据金属外筒内径R3的上限值和金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件确定电极间隙距离L的上限值；
根据针板电极最大倾角条件和电极间隙距离L的上限值确定低压板电极半径R2的上限值；电极间隙距离L的上限值和绝缘构件沿面绝缘条件确定绝缘构件沿面距离的下限值；
根据不均匀电场条件中最大间隙电场需大于平均间隙电场和低压板电极半径R2的上限值得出高压电极尖端半径R1的上限值。
进而根据结构参数中各参数的下限值和结构参数中各参数的上限值获得结构参数取值范围集。
步骤3：判断液电脉冲激波发生器的结构参数是否同时满足电气绝缘条件、稳定击穿条件与尺寸限制条件，若是，则认为激波发生器的结构尺寸适合于该运行工况条件，否则，转入步骤4；
图3所示为液电脉冲激波发生器设计需要满足的电气绝缘、稳定击穿和结构尺寸条件限制。
稳定击穿条件：
液体中的脉冲放电过程可分为预击穿过程(流注放电)与主放电过程(电弧放电)。在预击穿过程中，高压侧针电极处会形成流注，并向低压侧平板电极传播，当流注连接高、低压侧电极时，将导致间隙的最终击穿。流注在传播过程中往往伴随着较大的能量泄漏，同时流注的传播路径也决定了电弧的初始形态，因此对后续的主放电过程影响较大，进一步的，会影响产生液电脉冲激波的强度和传播方向。为了得到稳定、高强度的液电脉冲激波，需要尽可能减小预击穿时延，并限制电弧产生的角度与位置。
在极不均匀电场下，当针电极为正极性高压时，流注以亚音速模式和超音速模式传播。在亚音速模式下的流注传播速度很低，导致预击穿时延较长，击穿分散性较大，但形成流注所需电压较低。在超音速模式下的流注传播速度极快，预击穿时延很短，击穿分散性较小，但形成流注所需电压较高。当针电极为负极性高压时，流注以亚音速模式传播，传播速度介于正极性亚音速与超音速流注之间，故预击穿时延和击穿分散性亦介于两者之间。为了保证产生液电脉冲激波的强度和稳定性，应优先选择让流注以正极性超音速模式击穿间隙。正极性超音速流注的形成取决于针电极尖端电场强度，要求其大于流注起始电场强度Eint：
式中：Uint为针电极电压；Eint主要与液体介质特性、施加脉冲波形有关，如当液体静压为一个大气压(约105Pa)，高压脉冲持续时间为500μs，液体电导率为350μs/cm时，对应的超音速流注形成场强约为28kV/mm。液电脉冲激波器的工作电压应小于最高运行电压Um。
考虑到最大工作电压的限制，即有Uint≤Um，再结合式(1)，有：
由式(2)可知，高压针电极尖端半径R1和放电间隙L越大，越不利于正极性超音速流注的形成，故高压针电极尖端半径R1和放电间隙L存在上限值。
为了使放电电弧产生的角度与位置稳定，同时为保证产生液电脉冲激波传播方向的稳定性，要求针-板电极间隙的最大倾角(击穿角度)小于α。存在针-板电极最大倾角限制：
由式(3)可知，电极间隙距离L存在下限值，而低压平板电极半径R2存在上限值。电弧长度越大，则电弧电阻越大，从而越有利于电弧能量的沉积，以提高激波强度和能量转化效率。所以，在满足所有设计限制条件的前提下，电极间隙距离应尽量取上限值。
与此同时，高、低压电极间的电场还应满足极不均匀电场条件：
R2≥10R1. (4)
式中：Em为最大间隙电场强度，有Em＝Eint；Eavg为平均间隙电场强度，有Eavg＝Uint/L。
式(4)表明低压平板电极半径R2应远大于高压针电极尖端半径R1(10倍以上)，即间隙应为针-板电极形式。式(5)代表电场不均匀程度系数，一般认为电场不均匀系数大于4的电场为极不均匀电场。
电气绝缘条件：
为避免高压针电极与金属外筒间的间隙击穿，高压针电极与金属外筒之间应满足电气绝缘的要求。首先金属外筒与高压针电极的间隙距离R3(亦是金属外筒的内径)应大于电极间隙距离L，故有：
R3≥kRL (6)
式中，kR＝1.5为间隙绝缘配合经验系数。
金属外筒与高压针电极可以近似视为电极尖端半径为R1，间隙距离为R3的针-板电极结构。为了防止金属外筒与高压针电极发生击穿的可能性，还应保证该近似针-板电极的最大电场强度小于超音速流注的起始场强Eint：
进一步可得到：
金属外筒内径R3的下限值应取式(6)和(8)中的较大值，即：
此外，绝缘构件的沿面距离D应满足：
D≥kDL. (10)
式中，kD＝2.5为沿面绝缘配合经验系数。实际设计中，应尽可能增大绝缘构件的沿面距离，以避免绝缘的沿面闪络。
结构尺寸条件：
电极在放电过程中电极存在烧蚀，故需要高压针电极的尖端半径R1不小于满足烧蚀性能所需的最小半径Rmin。对油井管道等作业环境而言，金属外筒外径R4还要小于最大金属外筒外径Rmax，金属外筒壁厚R4-R1应大于满足承受高液体静压P0的最小金属外筒厚度dmin。
高压针电极尖端半径R1应不小于满足耐烧蚀性能所需的最小半径Rmin，即高压针电极尖端半径R1有下限值：
R1≥Rmin (11)
这里只考虑高压针电极尖端半球烧蚀的情况。耐烧蚀性能要求电极在N次放电后，其质量损失比率小于质量损失比率阈值Ae，质量损失比率阈值根据自身需求确定，即有：
式中：Me为N次放电后电极损失的质量；M0为高压针电极尖端半球的初始质量。Me和M0分别满足：
Me＝NδQ (13)
式中：δ为电极材料在水中的烧蚀速率；ρ为电极材料的密度；Q为单次脉冲放电的转移电荷量，与提供电能的器件有关。例如，一般采用电容供能，而电容单次放电转移电荷量Q为电容充电电压U与电容量C的乘积，即Q＝UC。联立式(12)～(14)，可得高压针电极尖端半径的下限值Rmin：
对于油气井管道等作业环境而言，液电脉冲激波发生器处于高液体静压环境中，故需考虑金属外筒的强度承受液体静压的能力。已知液体静压为P0，所用金属材料许用抗压强度为σ，则满足承压要求所需的最小金属外筒壁厚dmin应满足：
考虑到油气井管道内径的限制，金属外筒外径R4有上限值：
R4≤Rmax (17)
进一步的，可由式(9)和(16)得到R4的下限值：
步骤4：将不满足条件的结构参数重新在该结构参数取值范围内选取，并进入步骤3。
本发明提供的液电脉冲激波发生器的参数获取方法的实施例，包括如下步骤：
步骤1：对于液电脉冲激波发生器而言，可事先确定的设计限制参数为：最大工作电压Um、最大金属外筒外径Rmax、最小高压针电极尖端半径Rmin、最小金属外筒壁厚dmin、最大针-板电极倾角α，工作液体静压P0，金属外筒材料许用抗压强度σ。
步骤2：将基于三个基本设计限制中的部分条件，推导给出液电脉冲激波发生器可调节尺寸值的限定范围，如图4所示。
由式(11)和(15)可知，高压针电极尖端半径R1的下限值由满足电极烧蚀要求所需最小半径Rmin确定，即有：
根据式(4)所示的不均匀电场条件，结合式(19)给出的高压针电极尖端半径R1的下限值，可进一步推导得出低压平板电极半径R2的下限值：
R2≥10Rmin. (20)
根据式(3)所示的针-板电极最大倾角条件，结合式(20)给出的低压平板电极半径R2的下限值，可进一步推导得出电极间隙距离L的下限值：
根据式(6)所示的金属外筒与高压针电极的间隙绝缘条件，结合式(21)给出的电极间隙距离L的下限值，可进一步推导得出金属外筒内径R3的下限值：
根据式(16)所示的金属外筒壁厚条件，结合式(22)给出的金属外筒内径R3的下限值，可进一步推导得出金属外筒外径R4的下限值：
对于金属外筒外径R4，其上限值由最大金属外筒外径Rmax确定，即有：
R4≤Rmax. (24)
根据式(16)所示的金属外筒壁厚条件，结合式(24)给出的金属外筒外径R4的上限值，可进一步推导得出金属外筒内径R3的上限值：
根据式(6)所示的金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件，结合式(25)给出的金属外筒内径R3的上限值，可进一步推导得出电极间隙距离L的上限值：
根据式(3)所示的最大针板电极倾角条件，结合式(26)给出的电极间隙距离L的上限值，可进一步推导得出低压板电极半径R2的上限值：
根据式(4)所示的不均匀电场条件，结合式(27)给出的低压板电极半径R2的上限值，可进一步推导得出高压电极尖端半径R1的上限值：
此外，考虑到绝缘构件沿面距离D应尽可能的长，在电极间隙距离L取最大值时，也应满足沿面绝缘的要求。因此根据式(10)所示的绝缘构件沿面绝缘条件，结合式(26)给出的电极间隙距离L的上限值，可进一步推导得出绝缘构件沿面距离D的下限值：
根据式(19)～(29)，即可选取液电脉冲激波发生器结构的初始参数，包括高压针电极尖端半径R1、低压平板电极半径R2、金属外筒内径R3、金属外筒外径R4、电极间隙距离L以及绝缘构件沿面距离D。
步骤3：然后将初始结构参数带入设计限制条件校核公式中进行验证，包括由式(2)～(5)限定的稳定击穿条件，由式(9)、(10)限定的电气绝缘条件，由式(11)、(15)～(17)限定的结构尺寸条件。若存在以上任意校核公式不成立的情况，进入步骤4，若以上所有校核公式均成立，则认为该组液电脉冲激波发生器的参数能满足实际的工作条件。
步骤4：对不成立的校核公式中相关的参数进行修改，并进入步骤3。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液电脉冲激波发生器的参数获取方法，其特征在于，液电脉冲激波发生器包括高压针电极、低压平板电极、绝缘构件和金属外筒，包括如下步骤：
步骤1：根据液电脉冲激波器的运行工况条件获得限制参数，限制参数包括最大工作电压Um、最大金属外筒外径Rmax、最小高压针电极尖端半径Rmin、最小金属外筒壁厚dmin、最大针板电极倾角α；
步骤2：根据限制参数、不均匀电场条件、金属外筒与高压电极的间隙绝缘条件、绝缘构件沿面绝缘条件确定结构参数取值范围集，在结构参数取值范围集内选取液电脉冲激波发生器的结构参数；
结构参数取值范围集包括高压针电极尖端半径R1的取值范围、低压平板电极半径R2的取值范围、电极间隙距离L的取值范围、金属外筒内径R3的取值范围、金属外筒外径R4的取值范围以及绝缘构件沿面距离D的取值范围；结构参数包括高压针电极尖端半径、低压平板电极半径、电极间隙距离、金属外筒内径、金属外筒外径以及绝缘构件沿面距离；
步骤3：判断液电脉冲激波发生器的结构参数是否同时满足电气绝缘条件、稳定击穿条件与尺寸限制条件，若是，则认为激波发生器的结构尺寸适合于该运行工况条件，否则，进入步骤4；
步骤4：将不满足条件的结构参数重新在该结构参数取值范围内选取，并进入步骤3。
2.如权利要求1所述的参数获取方法，其特征在于，步骤2中确定结构参数取值范围集包括如下步骤：
步骤211：根据限制参数最小高压针电极尖端半径Rmin确定高压针电极尖端半径的下限值；
步骤212：根据不均匀电场条件中高压针电极尖端半径远小于低压板电极半径和高压针电极尖端半径的下限值确定低压板电极半径的下限值；
步骤213：根据限制参数中最大针板电极倾角条件和低压板电极半径的下限值确定电极间隙距离的下限值；
步骤214：根据金属外筒与高压针电极的间隙绝缘条件和电极间隙距离的下限值确定金属外筒内径的下限值；
步骤215：根据限制参数中最小金属外筒壁厚和金属外筒内径的下限值确定金属外筒外径的下限值。
3.如权利要求2所述的参数获取方法，其特征在于，根据公式获得高压针电极尖端半径R1的下限值；
根据公式R2,min＝10Rmin获得低压平板电极半径R2的下限值；
根据公式获得电极间隙距离L的下限值；
根据公式获得金属外筒内径R3的下限值；
根据公式获得金属外筒外径R4的下限值；
式中，δ为电极材料在水中的烧蚀速率；ρ为电极材料的密度；Q为单次脉冲放电的转移电荷量，Ae为质量损失比率阈值，N为放电次数，Rmin为高压针电极尖端半径R1的下限值，α为最大针板电极倾角，kR为间隙绝缘配合经验系数，P0为工作液体静压，σ为金属外筒材料许用抗压强度。
4.如权利要求3所述的参数获取方法，其特征在于，步骤2中确定结构参数取值范围集包括如下步骤：
步骤221：根据限制参数中最大金属外筒外径Rmax确定金属外筒外径R4上限值；
步骤222：根据限制参数中最小金属外筒壁厚和金属外筒外径R4上限值确定金属外筒内径R3的上限值；
步骤223：根据金属外筒内径R3的上限值和金属外筒与高压针电极的间隙绝缘条件确定电极间隙距离L的上限值；
步骤224：根据限制参数中最大针板电极倾角条件和电极间隙距离L的上限值确定低压板电极半径R2的上限值；电极间隙距离L的上限值和绝缘构件沿面绝缘条件确定绝缘构件沿面距离的下限值；
步骤225：根据不均匀电场条件中高压针电极尖端半径远小于低压板电极半径和低压板电极半径R2的上限值得出高压针电极尖端半径R1的上限值。
5.如权利要求4所述的参数获取方法，其特征在于，根据公式R4,max＝Rmax确定金属外筒外径R4上限值；
根据公式确定金属外筒内径R3的上限值；
根据公式确定电极间隙距离L的上限值；
根据公式确定低压板电极半径R2的上限值；
根据公式得出高压针电极尖端半径R1的上限值；
根据公式确定绝缘构件沿面距离的下限值；
式中，kD为沿面绝缘配合经验系数，Rmax为最大金属外筒外径。
6.如权利要求1至5任一项所述的参数获取方法，其特征在于，电气绝缘条件包括绝缘构件沿面距离、电极至外筒间隙距离均大于满足绝缘要求所需的最小值。
7.如权利要求6所述的参数获取方法，其特征在于，根据公式D≥kDL 判断绝缘构件沿面距离是否满足绝缘所需最小值，根据公式判断电极-外筒间隙距离是否满足绝缘最小值；式中，Eint为超音速流注的起始场强，Um为最大工作电压，R1为高压针电极尖端半径，L为电极间隙距离，kR为间隙绝缘配合经验系数，R3为金属外筒内径，kD为沿面绝缘配合经验系数。
8.如权利要求1至5任一项所述的参数获取方法，其特征在于，稳定击穿条件包括要求高、低电极间的电场应为极不均匀电场，高压针电极的尖端场强大于超音速流注的起始场强以及间隙击穿角度小于预设的最大击穿角度。
9.如权利要求8所述的参数获取方法，其特征在于，根据公式和公式R2≥10R1判断高、低电极间的电场是否为极不均匀电场；
根据公式判断高压针电极的尖端场强是否大于超音速流注的起始场强；
根据公式判断间隙击穿角度是否小于预设的最大击穿角度，
式中，R3为金属外筒内径，Eint为超音速流注的起始场强，Um为最大工作电压，R1为高压针电极尖端半径，L为电极间隙距离，R2为低压板电极半径，α为最大针板电极倾角。
10.如权利要求1至5任一项所述的参数获取方法，其特征在于，结构尺寸条件包括高压针电极尖端半径满足耐烧蚀性能所需的最小半径值、金属外筒壁厚是否满足承受压力最小壁厚和金属外筒半径小于设计允许的最大半径值；
根据公式判断高压针电极尖端半径满足耐烧蚀性能所需的最小半径值，根据公式判断金属外筒壁厚是否满足承受压力最小壁厚，根据公式R4≤Rmax判断金属外筒半径小于设计允许的最大半径值，式中，R4为金属外筒外径，R1为高压针电极尖端半径，R3为金属外筒内径，Rmax为最大金属外筒外径，δ为电极材料在水中的烧蚀速率，ρ为电极材料的密度，Q为单次脉冲放电的转移电荷量，Ae为质量损失比率阈值，N为放电次数，P0为工作液体静压，σ为金属外筒材料许用抗压强度。
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