CN109065421B - 内置水路式电子枪枪体及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置水路式电子枪枪体及冷却方法，所述的内置水路式电子枪枪体包括形成有安装腔的主腔体，以及对应设置在主腔体尾端的过渡板，所述的主腔体的外侧形成有进水口和出水口，在所述的主腔体上形成有主水道，所述的过渡板上形成有将所述的主腔体水道对应连通以构成完整单循环流路的端水道。本发明抛弃了双层水套结构，采用外方内圆形电子枪枪体结构，通过打水孔及串接成具有一定导向的循环水道，避免了冷却死角，提高了冷却效果；采用外钻孔结构，实现了电子枪枪体内部真空腔无焊缝，避免了漏水的安全隐患；采用小孔封堵的焊接形式，焊缝创伤小，电子枪枪体的热应力形变小；电子枪枪体外形可进行二次机械精加工，可满足高精度的安装定位需求。

Description

内置水路式电子枪枪体及冷却方法

技术领域

本发明属于电子枪技术领域，具体涉及一种内置水路式电子枪枪体及冷却方法。

背景技术

电子枪是产生、加速及会聚高能量密度电子束流的装置，在真空条件下，利用电子束可以进行高纯金属冶炼、难熔金属熔化、蒸发镀膜、金属合金化等多项工业应用。目前大功率电子枪均采用轴向扫描电子枪，其产生电子束及控制束形的功能部件都需要真空腔体作为支撑，为电子枪提供真空环境的腔体即为电子枪枪体。电子枪枪体涉及真空、传热、高压等，尤其导热的设计尤为重要，高温会引起结构变形，从而影响电子束的轨迹，严重会造成真空泄漏，不仅会伤及电子枪设备自身还会损毁其它设备。

目前电子枪枪体制造材料主要为不锈钢，其水冷结构大都为双层水套结构。该结构弊端在于：一是内部水路导向不确定，会造成冷却死区；二是焊缝较大，在焊接时热应力容易变形；三是真空腔体内存在焊缝，存在泄漏隐患。因此电子枪枪体水冷结构的设计非常重要，它影响着电子枪系统的性能好坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内置水路式电子枪枪体，该内置水路式电子枪枪体，采用外钻孔结构，实现了电子枪枪体内部真空腔无焊缝，避免了漏水的安全隐患；采用小孔封堵的焊接形式，焊缝创伤小，电子枪枪体的热应力形变小；电子枪枪体外形可进行二次机械精加工，可满足高精度的安装定位需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种内置水路式电子枪枪体，包括形成有安装腔的主腔体，以及对应设置在主腔体尾端的过渡板，所述的主腔体的外侧形成有进水口和出水口，在所述的主腔体上形成有主水道，所述的过渡板上形成有将所述的主腔体水道对应连通以构成完整单循环流路的端水道。

在上述技术方案中，所述的主腔体为外方内圆式块状结构。

在上述技术方案中，所述的主水道包括四个分别设置在主腔体的棱边侧并沿轴向延伸且贯通左右的主干水道，与主干水道对应设置的侧水道，以及连通所述的主干水道和侧水道的端连接水道，所述的端水道为两个且对应连通两个主干水道，所述的进水口和出水口与侧水道对应连通。

在上述技术方案中，所述的主腔体内设置有阳极固定基座并将安装腔分成电子发生腔和电子整形腔，所述的过渡板设置在电子整形腔侧，所述的侧水道设置在电子发生腔侧，所述的阳极固定基座上设置有对应连接前后两侧的两个侧水道的中间水道，另外两个所述的侧水道分别与进水口和出水口连通。

在上述技术方案中，所述的侧水道为两个且对称设置在主干水道两侧。

在上述技术方案中，所述的阳极固定基座上还设置有过水道以实现进水口和出水口位于主腔体同一侧面上。

在上述技术方案中，所述的端水道曲折设置以避让真空轴管。

在上述技术方案中，所述的主干水道、端连接水道、侧水道、端连接水道及过水道均为钻孔配合堵头构成，封堵端的端孔比对应水道直径大12mm且堵头焊接连接。

在上述技术方案中，在所述的电子发生腔内设置有加热坩埚，所述的过渡板外侧连接真空室，所述的过渡板上一体地设置有真空轴管，所述的真空轴管插入电子光路整形侧且在端部设置有连接法兰，所述的连接法兰与这真空轴管密封连接并与阳极固定基座固定连接。

在上述技术方案中，包括多个所述的单循环流路。

一种所述的内置水路式电子枪枪体的冷却方法，包括以下步骤，

1)冷却水自进水口进入并进入电子整形侧的第一组侧水道，侧水道经端连接水道汇集至第一个主干水道；

2)冷却水进入过渡板的端水道并进入第二个主干水道，然后经该第二个主干水道对应第二组侧水道、中间水道进入另一侧面上的第三组侧水道后汇集至第三个主干道；

3)第三个主干道经过渡板的另一个端水道进入第四个主干水道，继而经第四组侧水道后自出水口流出。

在上述技术方案中，还包括第四组侧水道汇集至过水道自进水口侧的出水口的步骤。

本发明的优点和有益效果为：

本发明抛弃了双层水套结构，采用外方内圆形电子枪枪体结构，通过打水孔及串接成具有一定导向的循环水道，避免了冷却死角，提高了冷却效果；采用外钻孔结构，实现了电子枪枪体内部真空腔无焊缝，避免了漏水的安全隐患；采用小孔封堵的焊接形式，焊缝创伤小，电子枪枪体的热应力形变小；电子枪枪体外形可进行二次机械精加工，可满足高精度的安装定位需求。

附图说明

图1为本发明所述的内置水路式电子枪枪体的侧视结构示意图；

图2为图1所示的截面结构示意图；

图3为阳极固定基座的结构示意图；

图4所示为水路示意图。

图中：1、主腔体；11、电子发生腔；12、阳极固定基座；13、电子整形腔；2、过渡板；21真空室接口、22真空轴管；23、连接法兰；31、端水道；32、中间水道；33、主干水道；34、过水道；35、进水接头；36、出水接头；37、侧水道；38端连接水道。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

本实施例的内置水路式电子枪枪体，包括形成有安装腔的主腔体1，以及对应设置在主腔体尾端用以实现和真空室过渡连接的过渡板2，所述的主腔体的外侧形成有进水口和出水口，并在进水口和出水口处对应设置进水接头35和出水接头36，在所述的主腔体上形成有主水道33，所述的过渡板上形成有将所述的主腔体水道对应连通以构成完整循环流路的端水道31。利用注水道和端水道连接后形成单循环流路，实现了两个部件的同步冷却，减少内部水套结构，提高使用安全性。

其中，所述的主腔体可采用整体式不锈钢料，所述的主腔体为外方内圆式块状结构。根据电子枪枪体内部空间结构及尺寸大小，整体不锈钢料形状可通过加热锻打形成所需要的形状大小，其内部结构需满足电子枪所需功能部件安装、定位需求，也应满足真空密封、高压耐压的性能需求，本发明的主腔体内部空间形状为圆形结构，形成外方内圆型结构，这样有利于管状水道布局设计。

具体来说，所述的主水道包括四个分别设置在主腔体的棱边侧的主干水道，与主干水道对应设置的侧水道，以及连通所述的主干水道和侧水道的端连接水道38，所述的端水道为两个且对应连通两个主干水道。

其中，所述的主腔体内设置有阳极固定基座并将安装腔分成电子发生腔和电子整形腔，所述的过渡板设置在电子整形腔侧，所述的侧水道设置在电子发生腔侧，所述的阳极固定基座上设置有对应连接前后两侧的侧水道的一个中间水道32，所述的另外两组侧水道分别与进水口和出水口连通，所述的侧水道为两个且对称设置在主干水道两侧以增大热交换范围。所述的阳极固定基座12上还设置有过水道以实现进水口和出水口位于主腔体同一侧面上。当然，也可以不设置过水道而将进水口和出水口分别设置在相对的两个侧面上。

通过一个中间水道将前后两侧的两组侧水道连通，减少对中间阳极固定基座的强度影响，而且对其进行合理的冷却。

首先应分析电子枪枪体所受热源及能量大小，电子枪主要有两处热源，分别来自电子束发射阴极，以及电子枪蒸发时坩埚内高温金属辐射热，水路设计应围绕热源进行设计，通过热力学计算，计算出适合的水流量和换热面积，深孔管路直径应根据水流大小设计确定，但也应考虑加工工艺及适合的加工刀具。本发明的管道分布设计，管道主要分布在型体具有一定壁厚的四角，结合不锈钢导热系以及最大管道间距，在热源周围，管道分布均匀适中且管道之间实现串接形成一定导向的管路循环结构。各水道直径是根据水流大小和加工工艺决定的，既要满足散热水流需求，又要可进行加工，一般为818mm都可以，主干水道管径比侧水道管径要粗，其管道截面面积应大致相等。主干水道管径比侧水道管径要粗，截面面积大致相等，一般不会存在死区

本发明管道钻孔加工都在电子枪枪体外部，可保证在电子枪枪体的真空腔内无焊缝，可实现内部结构尺寸的全部精加工，提高电子枪功能模块装配精度，且内部不会存在由于焊缝缺陷造成的真空泄漏。

作为其中一个具体实现，如图所示，主腔体1采用外方内圆型结构，其右侧内部为电子发生腔11，中间为阳极固定基座12，左侧为电子整形腔13。阳极固定基座12把整个腔体分成两部分，阴极发射腔11与阳极固定基座12会受到电子束发射阴极热源的辐射，其内部为真空，阳极固定基座12上中间孔为阳极定位孔，其余四孔为真空工艺孔，阳极固定基座12与电子整形腔13之间无高能量热源。

过渡板2，即过渡腔体，由多个螺钉固定设置在主腔体1的电子整形腔13侧，该腔体实现电子枪与真空室接口21对接，其会受到电子枪蒸发时坩埚内高温金属辐射热量，其上的端水道的4个端孔与主腔体1的电子整形腔13侧主水道的4个端孔密封对接，实现两腔体水路的连通，两个腔体依靠进水口和出水口进行循环水供给，在这里4孔的密封只涉及水路连通，并不涉及真空密封问题，其真空密封是靠过渡腔体的真空轴管22，在真空轴管22内为真空环境，外为大气环境。即，所述的过渡板上一体地设置有真空轴管22，所述的真空轴管插入电子光路整形侧且在端部设置有连接法兰23，所述的连接法兰与这真空轴管密封连接并与阳极固定基座固定连接。

图3为本发明的新型电子枪枪体水路结构示意图，该结构是在电子枪枪体上钻孔形成的，具体结构为：端水道31对过渡板因坩埚内高温金属辐射热量导致的高温进行冷却，通过主腔体与过端水道对接32实现过渡板与主腔体的主干水道33的连通，阳极固定基座的过水道34和中间水道及侧水道37与电子发射腔相对应，此处设计水路分布较集中，进水接头35为进水口，出水接头36为出水口，其管道循环水流通方向为图中箭头方向，水路为串接式单循环水路。通过合理布局流路和流向，实现了温度均衡控制。

实施例二

作为具体实现，所述的主干水道、端连接水道、侧水道、端连接水道及过水道均为钻孔配合堵头构成，封堵端的端孔比对应水道直径大12mm且堵头采用焊接连接。进行管道钻孔端的封堵，除留的进出水口以外，其它钻孔都要进行封堵，封堵端孔要进行二次钻孔，其直径比水道直径大1～2毫米，这样有利于堵头安装，防止堵头误深入到管道中而难以取出，堵头与枪体间采用氩弧焊焊接，堵头焊接端设计出焊接坡口，坡口为3～4毫米，需自熔填料满焊。在这里形成的焊缝尺寸小，对整个型体创伤小，焊接变形对电子枪枪体几乎无影响。

本发明外形采用方形结构，焊缝结构坡口为3～4毫米，即焊缝深度为3～4毫米，需自熔填料满焊。在这里形成的焊缝尺寸仅为Φ10mmΦ14mm左右，其热变形不会对电子枪枪体造成影响。整体外形可进行二次机械精加工，加工量可为单边1毫米，即焊缝处深度不小于2毫米，焊缝质量可以保障，电子枪外形尺寸可满足高精度定位需求。

实施例三

一种所述的内置水路式电子枪枪体的冷却方法，包括以下步骤，

1)冷却水自进水口进入并进入电子整形侧的第一组侧水道，侧水道经端连接水道汇集至第一个主干水道；

2)冷却水进入过渡板的端水道并进入第二个主干水道，然后经该第二个主干水道对应第二组侧水道、中间水道进入另一侧面上的第三组侧水道后汇集至第三个主干道；

3)第三个主干道经过渡板的另一个端水道进入第四个主干水道，继而经第四组侧水道后自出水口流出。

同时，还包括第四组侧水道汇集至过水道自进水口侧的出水口的步骤。

实施例四

本发明以单路循环水道为例，双路或多路也适用于本发明，即采用上述的多组单循环管道，对不同的区域进行按需密度的分布，进一步增强冷却效果可采用单路独立循环或者串联式循环等多种方式。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种内置水路式电子枪枪体，其特征在于：包括形成有安装腔的主腔体，以及对应设置在主腔体尾端的过渡板，所述的主腔体的外侧形成有进水口和出水口，在所述的主腔体上形成有主水道，所述的过渡板上形成有将所述的主腔体的主水道对应连通以构成完整单循环流路的端水道，所述的过渡板外侧连接真空室，所述的过渡板上一体地设置有真空轴管，所述的主腔体内设置有阳极固定基座并将安装腔分成电子发生腔和电子整形腔，所述的过渡板设置在电子整形腔侧，所述的真空轴管插入电子光路整形侧且在端部设置有连接法兰，所述的连接法兰与真空轴管密封连接并与阳极固定基座固定连接，所述的主水道包括四个分别设置在主腔体的棱边侧并沿轴向延伸且贯通左右的主干水道，与主干水道对应设置的侧水道，以及连通所述的主干水道和侧水道的端连接水道，所述的端水道为两个且对应连通两个主干水道，所述的进水口和出水口与侧水道对应连通，所述的侧水道设置在电子发生腔侧，所述的阳极固定基座上设置有对应连接前后两侧的两个侧水道的中间水道，另外两个所述的侧水道分别与进水口和出水口连通。

2.根据权利要求1所述的一种内置水路式电子枪枪体，其特征在于：所述的侧水道为两个且对称设置在主干水道两侧。

3.根据权利要求2所述的一种内置水路式电子枪枪体，其特征在于：所述的阳极固定基座上还设置有过水道以实现进水口和出水口位于主腔体同一侧面上。

4.根据权利要求1所述的一种内置水路式电子枪枪体，其特征在于：所述的端水道曲折设置以避让真空轴管。

5.根据权利要求4所述的一种内置水路式电子枪枪体，其特征在于：所述的主干水道、端连接水道、侧水道及过水道均为钻孔配合堵头构成，封堵端的端孔比对应水道直径大12mm且堵头焊接连接。

6.根据权利要求2所述的一种内置水路式电子枪枪体，其特征在于：在所述的电子发生腔内设置有加热坩埚。

7.根据权利要求5所述的一种内置水路式电子枪枪体，其特征在于：包括多个所述的单循环流路。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的内置水路式电子枪枪体的冷却方法，其特征在于：包括以下步骤，

1）冷却水自进水口进入并进入电子整形腔侧的第一组侧水道，侧水道经端连接水道汇集至第一个主干水道；

2）冷却水进入过渡板的端水道并进入第二个主干水道，然后经该第二个主干水道对应第二组侧水道、中间水道进入另一侧面上的第三组侧水道后汇集至第三个主干水道；

3）第三个主干水道经过渡板的另一个端水道进入第四个主干水道，继而经第四组侧水道后自出水口流出。