CN110138183B - 一种高压脉冲输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种同轴输出装置，具体涉及一种高压脉冲输出装置，解决常用同轴输出结构仍然存在沿面绝缘距离短和同轴稳定性受限等问题。包括通过第一法兰前后连接的第一外圆柱筒和第二外圆柱筒；内圆柱筒后端依次连接电接触筒和开关外筒；第二外圆柱筒后端与开关外筒之间设有绝缘连接板；绝缘支撑筒轴向两端到中部的直径连续均匀增大，所述中部外围还设有圆环凸台，绝缘支撑筒的两端与内圆柱筒固定连接；第一法兰内设有卡槽，圆环凸台卡接于卡槽内，通过第一法兰将第一外圆柱筒、第二外圆柱筒和绝缘支撑筒夹紧固定；电接触筒包括直段和褶皱段，直段与内圆柱筒相连，褶皱段与开关外筒相连。大幅度增加了内圆柱筒支撑结构的沿面绝缘距离。

Description

一种高压脉冲输出装置

技术领域

本发明属于一种同轴输出装置，具体涉及一种高压脉冲输出装置。

背景技术

某些由内、外圆柱筒构成的高电压输出装置，如驱动源，在正常工作时要求内、外筒结构具有较高的同轴度，且具备一定的同轴稳定性，同时内、外圆柱筒之间有较高的绝缘要求。目前常用的结构是利用两块非金属圆板在内圆柱筒两端将内圆柱筒支撑于外圆柱筒内。

上述常用结构解决了内、外圆柱筒间支撑沿面绝缘距离问题，沿面绝缘距离为外圆柱筒内表面半径与内圆柱筒外表面半径之差，对于沿面绝缘距离有更高要求的装置，常用结构有一定的局限性；另外，内、外圆柱筒之间的同轴度及稳定性由两块非金属圆板的同轴度和安装精度决定，多个零件支撑内圆柱筒以保证内、外圆柱筒间的同轴度，就对非金属圆板支撑件的安装精度有较高要求。因此，上述常用结构在高电压输出装置工程实现上有较大困难。

授权公告号为CN208400687U的实用新型公开了一种高压脉冲变压器，该装置的磁芯腔采用双端支撑的通用同轴输出结构，沿面绝缘距离较短，该装置在内、外骨架间填充有硅凝胶，在实现初、次级绕组间绝缘的同时间接改善了磁芯腔与外骨架间的沿面绝缘。授权公告号为CN208433502U的实用新型公开了一种基于射频同轴结构的高可靠强耦合定向耦合器，该耦合器的耦合主体通过双端支撑的方式与上腔和下腔实现同轴。上述专利中所涉及的同轴结构均采用两端支撑的通用同轴结构，其在驱动源上应用仍然存在沿面绝缘距离短和同轴稳定性受限等问题。

发明内容

本发明的主要目的是在于解决常用同轴输出结构仍然存在沿面绝缘距离短和同轴稳定性受限等问题，提供一种高压脉冲输出装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高压脉冲输出装置，其特殊之处在于，包括由外向内同轴套设的外圆柱筒、绝缘支撑筒和内圆柱筒；所述外圆柱筒包括通过第一法兰前后连接的第一外圆柱筒和第二外圆柱筒；内圆柱筒前端为闭口端，后端为开口端，后端依次连接电接触筒和开关外筒；第二外圆柱筒后端与开关外筒之间设有绝缘连接板；所述绝缘支撑筒轴向两端到中部的直径连续增大，所述中部还沿径向凸起形成圆环凸台，绝缘支撑筒的两端与内圆柱筒固定连接；第一法兰内设有卡槽，圆环凸台卡接于卡槽内，通过第一法兰将第一外圆柱筒、第二外圆柱筒和绝缘支撑筒夹紧固定；所述电接触筒包括直段和褶皱段，直段与内圆柱筒相连，褶皱段与开关外筒相连。

进一步地，所述绝缘支撑筒为中空结构，材质为聚酰亚胺。

进一步地，所述绝缘支撑筒以轴向中线为界，前部的侧壁厚度大于后部；所述绝缘支撑筒后部的侧壁开设有若干第一出气孔。

进一步地，所述内圆柱筒与电接触筒通过第二法兰连接；所述内圆柱筒侧壁开设有若干第二出气孔。

进一步地，所述第一外圆柱筒与第二外圆柱筒端部均设有法兰盘，通过螺钉固定连接。

进一步地，还包括第二法兰，所述第二法兰小端在前大端在后，小端内表面沿圆周均匀设有若干限位块，小端沿内表面圆周还开设有一处电接触槽，所述电接触槽位于限位块之后；第二法兰大端端面开设有若干通孔。所述电接触筒直段沿外表面圆周均匀设有数量与限位块相等的限位槽，褶皱段后端连接有法兰盘，法兰盘与开关外筒的前端面固定连接；所述内圆柱筒的后端面上开设有若干螺纹孔；所述限位块与限位槽卡接配合，内圆柱筒后端面的螺纹孔与第二法兰大端的通孔相互对应并通过螺栓固定。

进一步地，所述绝缘支撑筒的两端沿内圆柱筒外表面均设有延伸段；所述第二法兰的大端外侧设有第一翻边，内圆柱筒的闭口端向外设有第二翻边，所述绝缘支撑筒后端的延伸段卡接于第一翻边与内圆柱筒外表面形成的容腔内，绝缘支撑筒前端的延伸段卡接于第二翻边与内圆柱筒外表面形成的容腔内。

进一步地，所述内圆柱筒前端外壁绝缘支撑筒延伸段卡接处，设有多条第一密封槽，每条第一密封槽内均安装有密封垫圈。

进一步地，所述第一法兰内卡槽两侧壁均开设有第二密封槽，卡槽底部开设有第三密封槽；第二密封槽与第三密封槽内均安装有密封垫圈。

进一步地，所述绝缘支撑筒满足t<2.04L；其中，L为绝缘支撑筒轴向中部的径向最短长度；t为绝缘支撑筒前部或后部的侧壁长度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明一种高压脉冲输出装置，通过在内圆柱筒外套设纵向截面为人字型的绝缘支撑筒，大幅度增加了内圆柱筒支撑结构的沿面绝缘距离，在保证同轴度的前提下降低了支撑结构的安装要求和难度，提高了内、外圆柱筒的同轴稳定性。通过第一法兰内的卡槽卡接绝缘支撑筒外围的圆环凸台，有效均匀的增大了绝缘支撑筒外圆直径，使绝缘支撑筒与外圆柱筒紧密配合，更好地降低了加工误差对内圆柱筒与第一外圆柱筒同轴度的影响。另外，电接触筒上的褶皱段，可以在开关外筒与内圆柱筒电接触良好的前提下，最大限度降低开关外筒对内圆柱筒的径向干扰力，提高了同轴结构的稳定性。既实现了内圆柱筒与外圆柱筒的同轴安装，又实现了安装后内圆柱筒与外圆柱筒结构同轴的长期稳定性。

2.采用非金属聚酰亚胺材料并将绝缘支撑筒内部设计为中空结构，减轻了质量，降低了平均介电常数，实现了良好的阻抗匹配。

3.绝缘支撑筒侧壁厚度较薄的一边开设有若干第一出气孔，可以使绝缘支撑筒外部和第二外圆柱筒构成的腔体，与绝缘支撑筒内部形成一个联通的空间，而绝缘支撑筒侧壁厚度较厚的一边承受均匀气压。

4.电接触筒上的限位槽与第二法兰上的限位块分别对应，对电接触筒进行轴向限位，防止电接触筒褶皱段由于环境因素移动至第二法兰的电接触槽处，而导致电连接性能不稳定。

5.绝缘支撑筒两端的延伸段分别卡接于第一翻边与内圆柱筒外表面、第二翻边与内圆柱筒外表面的容腔内，通过压紧绝缘支撑筒的两端，进一步保证了内圆柱筒与外圆柱筒的同轴性和稳定性。

6.第一密封槽与绝缘支撑筒前部延伸段形成径向多道密封，实现了内圆柱筒内部腔体与第一外圆柱筒构成的内腔体之间密封。

7.设置在卡槽两侧壁的第二密封槽和设置在卡槽底部的第三密封槽，实现了第一外圆柱筒内腔体和第二外圆柱筒内腔体与外界的密封。

8.组成绝缘支撑的圆台母线长度t<2.04L，进一步使得绝缘支撑结构同轴稳定性优于常用结构中的双端支撑结构。

附图说明

图1为本发明实施例中一种高压脉冲输出装置的三维结构示意图；

图2为本发明实施例中一种高压脉冲输出装置的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例中内圆柱筒的结构示意图；

图4为本发明实施例中绝缘支撑筒的结构示意图；

图5为本发明实施例中电接触筒的结构示意图；

图6为本发明实施例中第二法兰的结构示意图；

图7为本发明实施例中绝缘支撑筒的简化力学模型示意图；

图8为本发明实施例中电接触筒未完全安装到位时的位置关系示意图。

其中，1-第一外圆柱筒；2-第二外圆柱筒；3-绝缘支撑筒；4-内圆柱筒；5-第一法兰；6-电接触筒；7-法兰盘；8-开关外筒；9-绝缘连接板；10-圆环凸台；11-卡槽；12-第一出气孔；13-第二出气孔；14-第一密封槽；15-第二法兰；16-限位块；17-电接触槽；18-第二密封槽；19-第三密封槽；20-限位槽；21-第一翻边；22-第二翻边。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1和图2，一种高压脉冲输出装置，包括由外向内同轴套设的外圆柱筒、绝缘支撑筒3和内圆柱筒4。

外圆柱筒包括通过第一法兰5前后连接的第一外圆柱筒1和第二外圆柱筒2，此处第一外圆柱筒1和第二外圆柱筒2可以通过外设的法兰连接，也可以直接将第一外圆柱筒1和第二外圆柱筒2加工为接头处带有法兰盘的管筒，再通过多组螺钉固定连接。内圆柱筒4前端为闭口端，后端为开口端，后端依次连接电接触筒6和开关外筒8，第二外圆柱筒2后端与开关外筒8之间设有绝缘连接板9。开关外筒8通过电接触筒6与内圆柱筒4实现有效电连接。如图3所示，内圆柱筒4侧壁开设有若干第二出气孔13。

如图4，绝缘支撑筒3轴向两端到中部的直径连续增大，连续均匀增大最佳，中部外围还设有圆环凸台10，绝缘支撑筒3的两端与内圆柱筒4固定连接；第一法兰5内设有卡槽11，圆环凸台10卡接于卡槽11内，通过第一法兰5将第一外圆柱筒1、第二外圆柱筒2和绝缘支撑筒3夹紧固定。本实施例中第一法兰5上开设有螺纹孔，通过32个M10螺钉与相应螺母配合完成夹紧固定。绝缘支撑筒3的纵向截面为人字型，将内圆柱筒4支撑于第一外圆柱筒1的中心轴线处，保证第一外圆柱筒1与内圆柱筒4同轴稳定的同时，增大了内圆柱筒4支撑结构的沿面绝缘距离，绝缘支撑筒3上的沿面绝缘距离为其截面的斜边长度。此处，利用单个绝缘支撑筒保证了内圆柱筒4与第一外圆柱筒1的同轴度和稳定性，也降低了对安装的要求。

如图5，电接触筒6包括直段和褶皱段，直段与内圆柱筒1相连，褶皱段与开关外筒8相连。本实施例中为了有效增加电接触筒6的强度，在直段与褶皱段之间设置用于支撑的隔板。电接触筒6的褶皱段既可以使开关外筒8与内圆柱筒1具有良好的电接触性能，又能够最大限度降低开关外筒8对内圆柱筒4的轴向力和径向力，即降低了开关外筒8上扰动对内圆柱筒4和第一外圆柱筒1同轴度的影响。

为了减轻整个装置的质量，绝缘支撑筒3采用中空结构，材质选用非金属聚酰亚胺材料，能够有效降低平均介电常数，实现良好的阻抗匹配。另外绝缘支撑筒3以轴向中线为界，前部的侧壁厚度大于后部，同时绝缘支撑筒3后部的侧壁开设有若干第一出气孔12，使得绝缘支撑筒3内部中空部分与第二外圆柱筒2的内腔形成一个连通的空间，此时绝缘支撑筒3前部厚度较大的侧壁能够承受均匀的气压。内圆柱筒4的侧壁表面开设有若干第二出气孔13，又使得第二外圆柱筒2、绝缘支撑筒3和绝缘连接板9围成的腔体，与绝缘支撑筒3、内圆柱筒4内部连通为一个腔体。

内圆柱筒4与绝缘支撑筒3通过第二法兰15固定。参见图6，第二法兰15小端在前大端在后，小端内表面沿圆周均匀设有若干限位块16，小端沿内表面圆周还开设有一处电接触槽17，电接触槽17位于限位块16之后，第二法兰15大端端面开设有若干通孔。电接触筒6直段沿外表面圆周均匀设有数量与限位块16相等的限位槽20，褶皱段后端连接有法兰盘7，法兰盘7与开关外筒8的前端面固定连接。内圆柱筒4的后端面上开设有若干螺纹孔。限位块16与限位槽20卡接配合，内圆柱筒4后端面的螺纹孔与第二法兰15大端的通孔相互对应并通过螺栓固定。本实施例中限位槽20与限位块16的数量均为4个，通过限位块16与限位槽20的配合，防止电接触筒6的褶皱段移动至第二法兰15的电接触槽17，避免电接触性能受到影响，另外开关外筒8的前端面上开设有通孔，与法兰盘7通过12个M8螺钉与M8螺母配合连接。上述限位槽20、限位块16以及螺钉螺母的数量均可有所变化，根据装配的强度和加工要求可做适当调整。

为了使绝缘支撑筒3在第一外圆柱筒1和内圆柱筒4之间更稳固，绝缘支撑筒3的两端沿内圆柱筒4外表面均设有延伸段；第二法兰15的大端外侧设有第一翻边21，内圆柱筒4的闭口端向外设有第二翻边22，绝缘支撑筒3两端的延伸段分别卡接于第一翻边21与内圆柱筒4外表面、第二翻边22与内圆柱筒4外表面的容腔内。通过第一翻边21和第二翻边22将绝缘支撑筒3的两个延伸段压紧，进一步加强装置同轴度的稳定性。

为了密封更好，第一法兰5内卡槽11两侧壁均开设有第二密封槽18，卡槽11底部开设有第三密封槽19；第二密封槽18与第三密封槽19内均安装有密封圈。

内圆柱筒4前端外壁绝缘支撑筒3延伸段卡接处，设有多条第一密封槽14，每条第一密封槽14内均安装有密封垫圈。本实施例中开设了两条第一密封槽14。

对于绝缘支撑筒3的加工，其毛坯件加工时，需为最终的加工尺寸精度预留2mm，另外还需要对聚酰亚胺在玻璃化温度下去应力12h，一般大于等于180℃，最大限度去除加工内应力。

如图7所示，对绝缘支撑筒3进行力学分析，使内圆柱筒4与第一外圆柱筒1同轴度失稳的临界径向力为：

其中，t为绝缘支撑筒3前部或后部的侧壁长度，L为绝缘支撑筒3轴向中部的径向最短长度，E为绝缘支撑筒3材料的弹性模量，I为绝缘支撑筒3的斜边界面惯性矩；使绝缘支撑筒3结构同轴稳定性优于先有常用的双端支撑通用同轴结构同轴稳定性的条件为：t<2.04L。本实施例中L为150mm，t为170mm，满足t<2.04L。

装置的安装过程如下：

如图1、图2和图8，在第一密封槽14内安装密封圈，将内圆柱筒4的开口端从绝缘支撑筒3的前部底面处插入，至距离后部底面1mm处，将第二法兰15的小端插入到绝缘支撑筒3后部内侧，安装时需注意限位块16插入对应的限位槽20内，并用12个M8螺钉连接第二法兰15的大端与内圆柱筒4后端面，此时螺钉不拧紧，每个螺钉加力矩5N·m，仅起预连接作用，绝缘支撑筒3的外径没有细微变换，不变大。在第二密封槽18和第三密封槽19内安装密封圈，同时将绝缘支撑筒3、内圆柱筒4和第二法兰15的组合体安装至卡槽11处，接着对上述预连接的螺钉施加24N·m的力矩，使第二法兰15的大端端面与内圆柱筒4的后端面完全接触，此时绝缘支撑筒3的外径沿径向相应均匀扩大，与卡槽11内表面紧密贴合，使第一法兰5的卡槽11完全卡紧绝缘支撑筒3。将安装好的装置绝缘连接板9朝下，开关外筒8朝上竖直放置。

本发明针对常用双端支撑同轴结构沿面绝缘距离短、加工安装精度受局限的问题，利用纵截面为人字型的绝缘支撑筒3，在一定程度上增大了沿面绝缘距离，保证内圆柱筒4与第一外圆柱筒1同轴度的基础上，降低了保证安装精度的难度，同时绝缘支撑筒3在加工时通过两步去应力，提高了非金属零部件的自身稳定性。另外，电接触筒6的褶皱段结构有效限制了径向外力对内圆柱筒4的扰动，增加了同轴结构的稳定性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高压脉冲输出装置，其特征在于：包括由外向内同轴套设的外圆柱筒、绝缘支撑筒(3)和内圆柱筒(4)；

所述外圆柱筒包括通过第一法兰(5)前后连接的第一外圆柱筒(1)和第二外圆柱筒(2)；内圆柱筒(4)前端为闭口端，后端为开口端，后端依次连接电接触筒(6)和开关外筒(8)；第二外圆柱筒(2)后端与开关外筒(8)之间设有绝缘连接板(9)；

所述绝缘支撑筒(3)轴向两端到中部的直径连续增大，所述中部还沿径向凸起形成圆环凸台(10)，绝缘支撑筒(3)的两端与内圆柱筒(4)固定连接；第一法兰(5)内设有卡槽(11)，圆环凸台(10)卡接于卡槽(11)内，通过第一法兰(5)将第一外圆柱筒(1)、第二外圆柱筒(2)和绝缘支撑筒(3)夹紧固定；

所述电接触筒(6)包括直段和褶皱段，直段与内圆柱筒(4)相连，褶皱段与开关外筒(8)相连。

2.如权利要求1所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述绝缘支撑筒(3)为中空结构，材质为聚酰亚胺。

3.如权利要求1所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述绝缘支撑筒(3)以轴向中线为界，前部的侧壁厚度大于后部；所述绝缘支撑筒(3)后部的侧壁开设有若干第一出气孔(12)。

4.如权利要求1所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述内圆柱筒(4)侧壁开设有若干第二出气孔(13)。

5.如权利要求1所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述第一外圆柱筒(1)与第二外圆柱筒(2)端部均设有法兰盘，通过螺钉固定连接。

6.如权利要求1所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：还包括第二法兰(15)，所述第二法兰(15)小端在前大端在后，小端内表面沿圆周均匀设有若干限位块(16)，小端沿内表面圆周还开设有一处电接触槽(17)，所述电接触槽(17)位于限位块(16)之后；第二法兰(15)大端端面开设有若干通孔；

所述电接触筒(6)直段沿外表面圆周均匀设有数量与限位块(16)相等的限位槽(20)，褶皱段后端连接有法兰盘(7)，法兰盘(7)与开关外筒(8)的前端面固定连接；

所述内圆柱筒(4)的后端面上开设有若干螺纹孔；

所述限位块(16)与限位槽(20)卡接配合，内圆柱筒(4)后端面的螺纹孔与第二法兰(15)大端的通孔相互对应并通过螺栓固定。

7.如权利要求6所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述绝缘支撑筒(3)的两端沿内圆柱筒(4)外表面均设有延伸段；

所述第二法兰(15)的大端外侧设有第一翻边(21)，内圆柱筒(4)的闭口端向外设有第二翻边(22)，所述绝缘支撑筒(3)后端的延伸段卡接于第一翻边(21)与内圆柱筒(4)外表面形成的容腔内，绝缘支撑筒(3)前端的延伸段卡接于第二翻边(22)与内圆柱筒(4)外表面形成的容腔内。

8.如权利要求7所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述内圆柱筒(4)前端外壁绝缘支撑筒(3)延伸段卡接处，设有多条第一密封槽(14)，每条第一密封槽(14)内均安装有密封垫圈。

9.如权利要求1所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述第一法兰(5)内卡槽(11)两侧壁均开设有第二密封槽(18)，卡槽(11)底部开设有第三密封槽(19)；第二密封槽(18)与第三密封槽(19)内均安装有密封垫圈。

10.如权利要求1所述一种高压脉冲输出装置，其特征在于：所述绝缘支撑筒(3)满足t<2.04L；其中，L为绝缘支撑筒(3)轴向中部的径向最短长度；t为绝缘支撑筒(3)前部或后部的侧壁长度。

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