CN111146058A - 一种磁流体密封多臂阴极x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁流体密封多臂阴极X射线管，属于X射线管技术领域。该磁流体密封多臂阴极X射线管包括多臂阴极、阳极靶盘、磁流体密封机构和轴承支撑架；所述多臂阴极中心固定连接有阴极引线罩；所述阴极引线罩外部套有阴极管壳，所述磁流体密封机构能够对所述多臂阴极进行动密封，避免了复杂的灯丝及其供电装置，降低装置的制造难度；所述阴极管壳与所述阳极管壳分别通过阴极轴承和阳极轴承与所述轴承支撑架固定连接；所述阳极靶盘、所述阴极轴承和所述阳极轴承均浸没在绝缘冷却油中，直接进行冷却，大大增强了冷却效果，提高X射线管的连续加载功率及使用寿命。

Description

一种磁流体密封多臂阴极X射线管

技术领域

本发明涉及X射线管技术领域，特别涉及一种磁流体密封多臂阴极X射线管。

背景技术

X射线管用以产生X射线，在医学诊断、安全检查和无损探伤等领域发挥着重要的作用。X射线管的基本原理是，其阴极灯丝加热激发出来的热电子，在阴阳极加速电场作用下撞击到靶盘。其中1%的能量转化为X射线，而剩余约99%的能量转化为热能，导致受撞击部位温升很快。固定阳极X射线管中，电子持续撞击在同一位置，局部温升很快，可连续加载功率很低；旋转阳极X射线管采取阳极轴承带动阳极靶盘在真空管壳内高速旋转的方法，将热量分散到整个靶盘。在高真空条件下，靶盘上的热量主要是通过热辐射传递给真空管壳，再由流经管壳的冷却液将热量带走。因此旋转阳极X射线管，相对固定阳极X射线管可连续加载功率提升很多。然而旋转阳极X射线管在工作中受限于其有限的热辐射传递效率，一方面在大功率长时间加载时，易造成靶盘或阳极轴承处滚珠过热，引发管芯打火或轴承卡死的现象，从而影响其寿命；另一方面导致两次放线之间需要大量的等待时间，影响了其所在整机系统的工作效率。

在诸如专利CN201210096224和US6084942中公开了一种旋转球壳X射线管。该X射线管含有与真空壳体固定连接的旋转阳极和发射电子的阴极，在管套中支撑并可进行旋转。在管套中固定有磁偏转系统，使得从阴极发射的电子束产生偏转后轰击到靶盘上。在工作过程中，整个真空壳体带动靶盘进行旋转，但在磁偏转系统的作用下，电子束在靶盘上的落点相对管套窗口位置不变，但随着靶盘旋转轰击到靶盘的一整圈，并将热量分散传导到整个靶盘。与此同时，靶盘通过热传导将热量传递给绝缘冷却油，这相对普通旋转阳极X射线管的热辐射散热，在效率上得到了提高。

但是现有旋转球壳X射线管相对于普通旋转阳极X射线管，其电子束需要偏转较远距离，为保证焦点质量，需要采用平板灯丝这种复杂的灯丝结构；且对靶盘直径有限制，这进而限制了该X射线管的瞬时加载功率。另外由于整个球壳需要旋转，其阴极端需要采取复杂的装置为灯丝供电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁流体密封多臂阴极X射线管，以解决现有的旋转阳极X射线管热辐射散热效率低的问题，以及解决旋转球壳X射线管靶盘小，灯丝结构以及灯丝供电装置结构复杂，使用难度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁流体密封多臂阴极X射线管，包括多臂阴极、阳极靶盘、磁流体密封机构和轴承支撑架；

所述多臂阴极与所述阳极靶盘之间设有加速电场；

所述多臂阴极中心固定连接有阴极引线罩，用于保护内部的阴极引线；所述阴极引线罩末端设有阴极接线盒，用于给所述阴极引线提供电能；

所述阴极引线罩外部套有阴极管壳，所述磁流体密封机构位于所述阴极引线罩与所述阴极管壳之间的缝隙中；

所述阳极靶盘末端连接有阳极管壳和阳极驱动装置，所述阳极驱动装置能够带动所述阳极靶盘和所述阳极管壳高速旋转；

所述阴极管壳与所述阳极管壳分别通过阴极轴承和阳极轴承与所述轴承支撑架固定连接。

可选的，所述多臂阴极的每根支撑臂上均安装有若干根阴极灯丝，通过加热所述阴极灯丝激发出热电子，在所述加速电场的作用下撞击所述阳极靶盘从而转化为X射线。

可选的，所述阴极的公共端均与所述阴极引线罩上的中心芯柱连通，所述中心芯柱与所述阴极接线盒上的中心触点保持持续接触；所述阴极灯丝的接线端依次与所述阴极引线罩上的边缘芯柱连通；所述阴极接线盒上设有两个边缘触点，通过转动所述阴极引线罩能够将所述边缘芯柱与所述边缘触点接触。

可选的，所述磁流体密封机构包括若干个磁极、若干个永磁铁、前轴承和后轴承；所述磁极与所述永磁铁均与所述阴极引线罩连接，且交错分布；所述前轴承和所述后轴承分别位于所述磁流体密封机构的两端，起到固定支撑作用。

可选的，所述若干个磁极外圆处均为齿槽结构，所述齿槽结构中均填充有磁流体，靠近所述前轴承的所述磁流体为憎油基磁流体，具有与绝缘油不相溶的特性，其余所述磁流体为酯基磁流体，具有良好的真空密封性。

可选的，所述阴极引线罩末端设有夹持锁紧装置能够夹紧所述阴极引线罩，防止所述多臂阴极的位置在运行过程中出现偏移。

可选的，所述阴极引线罩末端还连接有阴极驱动装置，能够带动所述多臂阴极缓慢转动。

可选的，所述阳极管壳与所述阴极管壳之间通过陶瓷件固定连接，所述陶瓷件既能带动所述阴极管壳跟随所述阳极管壳一起转动，又能起到绝缘密封的作用。

可选的，所述磁流体密封多臂阴极X射线管外部还设有密封管套，所述密封管套侧壁顶端设有管套窗口，X射线透过阳极管壳从所述管套窗口发射出去。

可选的，所述阳极管壳与所述密封管套之间充满有绝缘冷却油，所述阳极靶盘、所述阴极轴承和所述阳极轴承均通过绝缘冷却油直接冷却。

在本发明中提供了一种磁流体密封多臂阴极X射线管，包括多臂阴极、阳极靶盘、磁流体密封机构和轴承支撑架；所述多臂阴极中心固定连接有阴极引线罩；所述阴极引线罩外部套有阴极管壳，所述磁流体密封机构位于所述阴极引线罩与所述阴极管壳之间的缝隙中，通过所述磁流体密封机构能够对所述多臂阴极进行动密封，避免了复杂的灯丝及其供电装置，降低装置的制造难度；所述阴极管壳与所述阳极管壳分别通过阴极轴承和阳极轴承与所述轴承支撑架固定连接；所述阳极靶盘、所述阴极轴承和所述阳极轴承均浸没在绝缘冷却油中，直接进行冷却，大大增强了冷却效果，提高X射线管的连续加载功率及使用寿命。

附图说明

图1是本发明提供的一种磁流体密封多臂阴极X射线管的整体结构示意图；

图2是本发明提供的一种磁流体密封多臂阴极X射线管多臂阴极的结构图；

图3是本发明提供的一种磁流体密封多臂阴极X射线管阴极接线盒与阴极引线罩的结构示意图；

图4是本发明提供的一种磁流体密封多臂阴极X射线管磁流体密封机构的结构示意图；

图5是本发明提供的一种磁流体密封多臂阴极X射线管磁极的放大图；

图6是本发明提供的一种磁流体密封多臂阴极X射线管多臂阴极灯丝的安装示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种磁流体密封多臂阴极X射线管作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供了一种磁流体密封多臂阴极X射线管，如图1所示，包括多臂阴极1、阳极靶盘3、磁流体密封机构10和轴承支撑架11；所述多臂阴极1与所述阳极靶盘3之间设有加速电场；所述多臂阴极1中心固定连接有阴极引线罩17，用于保护内部的阴极引线16；所述阴极引线罩17末端设有阴极接线盒14，用于给所述阴极引线16提供电能；所述阴极引线罩17外部套有阴极管壳7，所述磁流体密封机构10位于所述阴极引线罩17与所述阴极管壳7之间的缝隙中；所述阳极靶盘3末端连接有阳极管壳4和阳极驱动装置13，所述阳极驱动装置13能够带动所述阳极靶盘3和所述阳极管壳4高速旋转；所述阴极管壳7与所述阳极管壳4分别通过阴极轴承8和阳极轴承9与所述轴承支撑架11固定连接。

具体的，如图2所示，所述多臂阴极1的每根支撑臂上均安装有若干根阴极灯丝2，该灯丝既可以是平板灯丝也可以使用螺旋灯丝，通过加热所述阴极灯丝2激发出热电子，在所述加速电场的作用下撞击所述阳极靶盘3从而转化为X射线。本领域的技术人员理解，旋转球壳X射线管阴阳极间距大且电子束需要偏转较远距离，为保证焦点质量，一方面限定了靶盘直径不能过大，另一方面必须采用平板灯丝这种复杂且成本高的灯丝结构。本发明的X射线管阴阳极间距小且不需要偏转，因此所述阳极靶盘3可以做到足够大，增大所述X射线管的瞬时加载功率；同时可以采用传统旋转阳极X射线管广泛采用的螺旋灯丝，降低使用成本。

具体的，如图3所示，所述阴极的公共端均与所述阴极引线罩17上的中心芯柱19连通，所述中心芯柱19与所述阴极接线盒14上的中心触点20保持持续接触；所述阴极灯丝2的接线端依次与所述阴极引线罩17上的边缘芯柱21连通；所述阴极接线盒14上设有若干个边缘触点22，通过转动所述阴极引线罩17能够将所述边缘芯柱21与所述边缘触点22接触；当所述阴极灯丝2损坏时，通过旋转所述阴极引线罩17能够将备用的所述边缘芯柱21与所述边缘触点22接触，从而实现快速更换，提高所述X射线管的使用寿命。本领域的技术人员理解，X射线管的使用寿命受限于灯丝的寿命。本发明X射线管通过切换灯丝可以极大延长X射线管的使用寿命。

具体的，如图4所示，所述磁流体密封机构10包括若干个磁极101、若干个永磁铁102、前轴承103和后轴承104；所述磁极101与所述永磁铁102均与所述阴极引线罩17连接，且交错分布；所述前轴承103和所述后轴承104分别位于所述磁流体密封机构10的两端，起到固定支撑作用，进一步的，如图5所示，所述若干个磁极101外圆处均为齿槽结构，所述齿槽结构中均填充有磁流体105，靠近所述前轴承103的所述磁流体105为憎油基磁流体，具有与绝缘油不相溶的特性，其余所述磁流体105为酯基磁流体，具有良好的真空密封性；通过所述磁流体密封机构10对所述多臂阴极1进行动密封，在阳极旋转的同时保证阴极静止，有效解决了现有旋转球壳X射线管由于阴极旋转导致供电装置复杂的问题。具体的，请继续参阅图1，所述阴极引线罩17末端设有夹持锁紧装置15能够夹紧所述阴极引线罩17，防止所述多臂阴极1的位置在运行过程中出现偏移；所述阴极引线罩17末端还连接有阴极驱动装置18，在所述阴极灯丝2出现损坏时，松开所述夹持锁紧装置15，启动所述阴极驱动装置18从而带动所述多臂阴极1缓慢转动，实现所述阴极灯丝2的更换；所述阳极管壳4与所述阴极管壳7之间通过陶瓷件6固定连接，所述陶瓷件6既能带动所述阴极管壳7跟随所述阳极管壳4一起转动，又能起到绝缘密封的作用；所述磁流体密封多臂阴极X射线管外部还设有密封管套12，所述密封管套12侧壁顶端设有管套窗口5，X射线透过阳极管壳4从所述管套窗口5发射出去；所述边缘触点22与所述管套窗口5位于同一垂直面上，保证X射线均能够从所述管套窗口5射出；所述阳极管壳4与所述密封管套12之间充满有绝缘冷却油，所述阳极靶盘3、所述阴极轴承8和所述阳极轴承9均通过绝缘冷却油直接冷却，同时绝缘冷却油对所述阴极轴承8和所述阳极轴承9也起到润滑的作用。本领域的技术人员理解，传统旋转阳极X射线管的靶盘采用热辐射散热方式，散热效率低，而本发明的X射线管对靶盘采用热传导油冷方式，显著提高了散热效率，可以实现更高的连续功率加载，缩短多次扫描所需的等待时间。另外，传统旋转阳极X射线管的轴承处于真空环境，采用铅或银的干润滑方式，并且由于靶盘的热传导而处于高温工作环境，这极大影响了它的使用寿命。本发明的所述阴极轴承8和所述阳极轴承9均采用油润滑及冷却的方式，相比传统旋转阳极X射线管具备更长的使用寿命。

具体的，如图6所示，在所述多臂阴极1上不光可以安装所述普通阴极灯丝2还可以安装微焦点灯丝23，本领域的技术人员理解，微焦点阴极和普通焦点阴极在灯丝和阴极结构设计差别较大，难以在同一个阴极上实现普通焦点和微焦点。本发明通过切换普通焦点阴极和微焦点阴极能够在一个X射线管中实现普通焦点和微焦点的成像需求，可以应用到吸收衬度和相位衬度的双衬度X射线成像系统上，实用性更强。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，包括多臂阴极（1）、阳极靶盘（3）、磁流体密封机构（10）和轴承支撑架（11）；

所述多臂阴极（1）与所述阳极靶盘（3）之间设有加速电场；

所述多臂阴极（1）中心固定连接有阴极引线罩（17），用于保护内部的阴极引线（16）；所述阴极引线罩（17）末端设有阴极接线盒（14），用于给所述阴极引线（16）提供电能；

所述阴极引线罩（17）外部套有阴极管壳（7），所述磁流体密封机构（10）位于所述阴极引线罩（17）与所述阴极管壳（7）之间的缝隙中；

所述阳极靶盘（3）末端连接有阳极管壳（4）和阳极驱动装置（13），所述阳极驱动装置（13）能够带动所述阳极靶盘（3）和所述阳极管壳（4）高速旋转；

所述阴极管壳（7）与所述阳极管壳（4）分别通过阴极轴承（8）和阳极轴承（9）与所述轴承支撑架（11）固定连接。

2.如权利要求1所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述多臂阴极（1）的每根支撑臂上均安装有若干根阴极灯丝（2），通过加热所述阴极灯丝（2）激发出热电子，在所述加速电场的作用下撞击所述阳极靶盘（3）从而转化为X射线。

3.如权利要求2所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述阴极的公共端均与所述阴极引线罩（17）上的中心芯柱（19）连通，所述中心芯柱（19）与所述阴极接线盒（14）上的中心触点（20）保持持续接触；所述阴极灯丝（2）的接线端依次与所述阴极引线罩（17）上的边缘芯柱（21）连通；所述阴极接线盒（14）上设有两个边缘触点（22），通过转动所述阴极引线罩（17）能够将所述边缘芯柱（21）与所述边缘触点（22）接触。

4.如权利要求1所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述磁流体密封机构（10）包括若干个磁极（101）、若干个永磁铁（102）、前轴承（103）和后轴承（104）；所述磁极（101）与所述永磁铁（102）均与所述阴极引线罩（17）连接，且交错分布；所述前轴承（103）和所述后轴承（104）分别位于所述磁流体密封机构（10）的两端，起到固定支撑作用。

5.如权利要求4所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述若干个磁极（101）外圆处均为齿槽结构，所述齿槽结构中均填充有磁流体（105），靠近所述前轴承（103）的所述磁流体（105）为憎油基磁流体，具有与绝缘油不相溶的特性，其余所述磁流体（105）为酯基磁流体，具有良好的真空密封性。

6.如权利要求1所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述阴极引线罩（17）末端设有夹持锁紧装置（15）能够夹紧所述阴极引线罩（17），防止所述多臂阴极（1）的位置在运行过程中出现偏移。

7.如权利要求1所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述阴极引线罩（17）末端还连接有阴极驱动装置（18），能够带动所述多臂阴极（1）缓慢转动。

8.如权利要求1所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述阳极管壳（4）与所述阴极管壳（7）之间通过陶瓷件（6）固定连接，所述陶瓷件（6）既能带动所述阴极管壳（7）跟随所述阳极管壳（4）一起转动，又能起到绝缘密封的作用。

9.如权利要求1所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述磁流体密封多臂阴极X射线管外部还设有密封管套（12），所述密封管套（12）侧壁顶端设有管套窗口（5），X射线透过阳极管壳（4）从所述管套窗口（5）发射出去。

10.如权利要求9所述的一种磁流体密封多臂阴极X射线管，其特征在于，所述阳极管壳（4）与所述密封管套（12）之间充满有绝缘冷却油，所述阳极靶盘（3）、所述阴极轴承（8）和所述阳极轴承（9）均通过绝缘冷却油直接冷却。

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