CN112563095A - 一种两端轴承结构医用x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种两端轴承结构医用X射线管，包括金属外壳、阳极组件和阴极组件，所述金属外壳和所述阳极组件接地，所述阳极组件包括阳极靶盘、第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承均为液态金属轴承，所述阳极靶盘的质心位于第一轴承和第二轴承的中间。本发明金属外壳和阳极组件接地，阳极靶盘位于两个轴承的中间，使其受力均衡，保证该X射线管的可靠性，且该X射线管可以采用效率极高的冷却液或水冷却；轴杆内部直通冷却液，且冷却液可以在轴杆内部与外部形成循环，能够及时有效地带走热量，提高轴承的可靠性；该结构能够有效地解决大热容量X射线管的散热问题，其阳极热容量能够做到7.5MHU及以上，可以实现CT机在检查时无等待时间。

Description

一种两端轴承结构医用X射线管

技术领域

本发明涉及医用探测及射线计量检测技术领域，尤其涉及一种两端轴承结构医用X射线管。

背景技术

X射线管主要用于X射线机、CT机等医疗设备上，在施加外部高压作用下，产生X射线，供医生对患者进行诊断或治疗。

X射线管的灯丝电子云在阴极负高压，阳极正高压的作用下加速打到阳极靶盘上，产生X射线，由射线窗口输出有效的X射线，但是只有1％的有效X射线产生，剩余99％的能量全部转化为热量，通过不同的渠道传至X射线管外面，由X射线管套和X射线管散热器带走。传统的X射线管主要采用滚珠轴承结构，其散热渠道包括：

1、靶盘的热量(占总热量的90％)一部分辐射到金属壳上，一部分通过阳极处的玻壳辐射到X射线管外面，一部分通过转子铜套和滚珠轴承带走。其中辐射到金属壳的热量最大约占60％，透过玻璃辐射的热量约20％，通过转子铜套带走的热量约20％。

2、阴极的热量(占总热量的10％)通过阴极玻璃和金属壳带走。

该种采用滚珠轴承结构的X射线管，阳极高压通过滚珠轴承上的螺纹和靶盘连接，阳极热容量只能做到3.5MHU及以下，不适应用于5MHU及以上大热容量的X射线管，其存在以下缺点：

1、该种滚珠结构轴承不利于散热，即使增加靶盘热容量，工作中也会低于实际靶盘热容量；

2、该种结构轴承冷却效率极低，对轴承材料要求很高；

3、该种结构轴杆温度很高，导致轴承内外圈温差大，轴承的寿命低；

4、该种结构轴承滚珠会有磨损，使用寿命受到限制。

导致产生上述缺点的原因为：

1、靶盘工作时1100度的高温，会通过钼杆传热至铁座再直接传导至轴杆上，而轴杆只能通过热传导由滚珠传导至轴承外圈再由外圈传导至轴套上通过绝缘油带走，路径非常长；

2、由于该种结构靶盘的热量迅速传导至轴杆上，但轴杆的最高工作温度只有550度，所以轴杆法兰盘一般采用热传导率极低的材料，轴承成本很高；

3、由于轴杆长期工作在500度左右，这就要求轴承外圈的工作温度不能低于350度(该种向心推力结构轴承内外温差不允许超过150度，否则轴承内外滚道易变形导致卡轴)，而往往轴承外圈的温度只能工作在350附近，导致轴承寿命下降。

因此有必要提供一种新的两端轴承结构医用X射线管来解决现有技术中存在的部分问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应用于7.5MHU及以上大热容量的两端轴承结构医用X射线管。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：一种两端轴承结构医用X射线管，其包括金属外壳以及收容在所述金属外壳内的阳极组件和阴极组件，所述金属外壳和所述阳极组件接地，所述阳极组件包括收容在所述金属外壳内的阳极靶盘以及贯穿所述阳极靶盘内部的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承均为液态金属轴承，所述阳极靶盘的质心位于所述第一轴承和所述第二轴承的中间，所述第一轴承和所述第二轴承包括共同的轴杆以及包覆在所述轴杆外周的轴套，所述轴套贯穿所述阳极靶盘的内部，所述轴杆上开设有一轴杆槽，所述第一轴承和所述第二轴承以所述轴杆槽为界限，所述轴杆与所述轴套之间有一缝隙，液态金属能够沿着所述缝隙移动。

所述轴杆为中空轴杆，其两端分别连接有第一固定套与第二固定套，所述第一固定套与所述第二固定套内部分别设有与所述轴杆内部相连通的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔处设有冷却液出口，所述第二空腔处设有冷却液注入口。

所述轴杆靠近所述第一固定套的一端包覆有第一节流器，所述第一节流器位于所述轴杆和所述轴套之间，所述第一节流器包括若干均匀包覆在所述轴杆外壁上的第一开口空心槽。

所述轴杆靠近所述第二固定套的一端包覆有第二节流器，所述第二节流器包括若干大小不一的第二开口空心槽。

所述轴杆的两端均连接有吸收器，所述吸收器为圆筒形，其与所述轴杆采用高温钎焊密封。

所述吸收器采用氧化铁或钼制成，所述吸收器的表面涂覆有涂层，所述涂层为银、钛、镍。

所述轴杆的外壁上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽之间以及所述第二凹槽与所述轴杆的端部之间均设置有均匀分布的导流槽，所述导流槽包括一对镜像对称地斜槽、连接在一对所述斜槽之间的若干圆形槽以及连接在相邻两个所述圆形槽之间的直槽，所述斜槽与所述第一凹槽或者所述第二凹槽连通。

所述轴杆的外表面与所述轴套的内表面均涂覆有氧化铁或者钼。

所述金属外壳上连接有一输出窗焊接座，所述输出窗焊接座上焊接有一射线输出窗。

所述阴极组件包括阴极陶瓷、连接在所述阴极陶瓷端部的阴极聚焦罩以及包覆在所述阴极聚焦罩外的阴极吸收极。

与现有技术相比，本发明两端轴承结构医用X射线管的有益效果在于：其采用液态金属轴承，在旋转时几乎无磨损，热量能够迅速通过液态金属轴承传递至管外，有效提高X射线管的可靠性；其金属外壳和阳极组件接地，阳极靶盘可以位于两个液态金属轴承的中间，使其受力均衡，保证该X射线管的可靠性，且该X射线管可以采用效率极高的冷却液或水冷却；轴杆内部直通冷却液，且冷却液可以在轴杆内部与外部形成循环，能够及时有效地带走热量，提高轴承的可靠性；该结构能够有效地解决大热容量X射线管的散热问题，其阳极热容量能够做到7.5MHU及以上，可以实现CT机在检查时无等待时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明两端轴承结构医用X射线管的示意图；

图2是本发明阳极组件的示意图；

图3是本发明轴杆的示意图；

图4是本发明阳极组件的局部示意图；

图5是本发明阳极组件的另一局部示意图；

图6是本发明阳极组件的又一局部示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参看图1至图6，本发明为一种两端轴承结构医用X射线管，其包括金属外壳10以及收容在金属外壳10内的阳极组件20和阴极组件30，金属外壳10和阳极组件20接地。金属外壳10和阳极组件20接地，这样X射线管在工作时，阳极处于零电位，使阳极传出的热量可以通过效率极高的冷却液或水冷却。

请参看图1，金属外壳10上连接有一输出窗焊接座40，输出窗焊接座40上焊接有一射线输出窗50，X射线从射线输出窗50中射出。

请参看图1和图2，阳极组件20包括收容在金属外壳10内的阳极靶盘21以及贯穿阳极靶盘21内部的第一轴承22和第二轴承23，第一轴承22和第二轴承23均为液态金属轴承，阳极靶盘21的质心位于第一轴承22和第二轴承23的中间。两个轴承的受力端分别位于阳极靶盘21的两端，相较于传统的轴承位于阳极靶盘的一端的X射线管，其受力均衡，保证X射线管的可靠性。传统的正负高压X射线管，考虑到绝缘问题，其液态金属轴承只能位于阳极靶盘的一端，但是该X射线管的金属外壳10和阳极组件20接地，X射线管在工作时阳极处于零电位，使得阳极靶盘21可以在两个液态金属轴承的中间。

请参看图2和图5，第一轴承22和第二轴承23包括共同的轴杆24以及包覆在轴杆24外周的轴套25，轴套25贯穿阳极靶盘21的内部，轴杆24上开设有一轴杆槽26，第一轴承22和第二轴承23以该轴杆槽26为界限，轴杆24与轴套25之间有一缝隙(未标示)，液态金属能够沿着缝隙移动。缝隙的设计尺寸保证轴杆24和轴套25的精密配合，既不会影响轴承旋转也不会使液态金属从缝隙泄露。当轴套25旋转时，液态金属通过该结构在轴杆24和轴套25之间形成一层液态金属膜，这层保护膜让相对旋转的轴杆24和轴套25之间无磨损，保证了轴承的长时间工作。轴杆24的外表面与轴套25的内表面均涂覆有氧化铁或者钼等，氧化铁或者钼对液态金属具有较好的浸润性。

请参看图2，轴杆24为中空轴杆，其两端分别连接有第一固定套27与第二固定套28，第一固定套27与第二固定套28内部分别设有与轴杆24内部相连通的第一空腔271和第二空腔281，第一空腔271处设有冷却液出口272，第二空腔281处设有冷却液注入口282，当该X射线管装配至管套时，管套内的冷却液可以直接通过冷却油注入口282贯通整个轴杆24，从冷却液出口272流出，保证了轴杆24的热量能够迅速被带走；且冷却液可以在该通路中循环，提高了X射线管的阳极热容量，可以实现CT机在检查时无等待时间。

请参看图2、图4和图6，轴杆24靠近第一固定套27的一端包覆有第一节流器60，第一节流器60位于轴杆24和轴套25之间，防止轴杆24和轴套25之间的缝隙中的液态金属溢出至X射线管的真空环境中，第一节流器60包括若干均匀包覆在轴杆24外壁上的第一开口空心槽61，具体地，第一开口空心槽61设置为3个。轴杆24靠近第二固定套28的一端包覆有第二节流器70，进一步防止液态金属溢出至X射线管的真空环境中，保证该X射线管的寿命。第二节流器70包括若干大小不一的第二开口空心槽71，具体地，第二开口空心槽71设置为两个。第一节流器60和第二节流器70的设计，充分保证液态金属不泄露到X射线管的真空环境。

请参看图2和图4，轴杆24的两端均连接有吸收器80，吸收器80为圆筒形，其与轴杆24采用高温钎焊密封，吸收器80可以吸收第一节流器60和第二节流器70漏出的残留液态金属，杜绝液态金属逃逸至X射线管的真空环境中。吸收器80采用和液态金属高浸润性的金属，例如氧化铁、钼等。吸收器80的表面涂覆有涂层，涂层为银、钛、镍等材料，涂层可以与液态金属发生化学反应，从而吸收液态金属。

请参看图3，轴杆24的外壁上设有第一凹槽241和第二凹槽242，第一凹槽241与第二凹槽242之间以及第二凹槽242与轴杆24的端部之间均设置有均匀分布的导流槽243，导流槽243包括一对镜像对称地斜槽244、连接在一对斜槽244之间的若干圆形槽245以及连接在相邻两个圆形槽245之间的直槽246，斜槽244与第一凹槽241或者第二凹槽242连通。轴套25旋转时，液态金属从第一凹槽241顺着斜槽244、圆形槽245流入第二凹槽242，然后再次顺着斜槽244、圆形槽245流动至轴杆24的端部，最后顺着轴杆24与轴套25之间的缝隙反向移动。具体地，圆形槽245设置为3个。在轴杆24外壁设置3个圆形槽245，3个圆形槽245之间用直槽246连接，其两侧连接有成角度的斜槽244，增加液态金属沿着轴杆24移动的流畅性、有序性。

请参看图1，阴极组件30包括阴极陶瓷31、连接在阴极陶瓷31端部的阴极聚焦罩32以及包覆在阴极聚焦罩32外的阴极吸收极33。采用阴极陶瓷31，能够有效提升X射线管的耐热和抗爬电能力，提高X射线管的可靠性。

本发明两端轴承结构医用X射线管，其采用液态金属轴承，在旋转时几乎无磨损，热量能够迅速通过液态金属轴承传递至管外，有效提高X射线管的可靠性；其金属外壳和阳极组件接地，阳极靶盘可以位于两个液态金属轴承的中间，使其受力均衡，保证该X射线管的可靠性，且该X射线管可以采用效率极高的冷却液或水冷却；轴杆内部直通冷却液，且冷却液可以在轴杆内部与外部形成循环，能够及时有效地带走热量，提高轴承的可靠性；该结构能够有效地解决大热容量X射线管的散热问题，其阳极热容量能够做到7.5MHU及以上，可以实现CT机在检查时无等待时间。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：其包括金属外壳以及收容在所述金属外壳内的阳极组件和阴极组件，所述金属外壳和所述阳极组件接地，所述阳极组件包括收容在所述金属外壳内的阳极靶盘以及贯穿所述阳极靶盘内部的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承均为液态金属轴承，所述阳极靶盘的质心位于所述第一轴承和所述第二轴承的中间，所述第一轴承和所述第二轴承包括共同的轴杆以及包覆在所述轴杆外周的轴套，所述轴套贯穿所述阳极靶盘的内部，所述轴杆上开设有一轴杆槽，所述第一轴承和所述第二轴承以所述轴杆槽为界限，所述轴杆与所述轴套之间有一缝隙，液态金属能够沿着所述缝隙移动。

2.如权利要求1所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述轴杆为中空轴杆，其两端分别连接有第一固定套与第二固定套，所述第一固定套与所述第二固定套内部分别设有与所述轴杆内部相连通的第一空腔和第二空腔，所述第一空腔处设有冷却液出口，所述第二空腔处设有冷却液注入口。

3.如权利要求2所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述轴杆靠近所述第一固定套的一端包覆有第一节流器，所述第一节流器位于所述轴杆和所述轴套之间，所述第一节流器包括若干均匀包覆在所述轴杆外壁上的第一开口空心槽。

4.如权利要求3所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述轴杆靠近所述第二固定套的一端包覆有第二节流器，所述第二节流器包括若干大小不一的第二开口空心槽。

5.如权利要求4所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述轴杆的两端均连接有吸收器，所述吸收器为圆筒形，其与所述轴杆采用高温钎焊密封。

6.如权利要求5所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述吸收器采用氧化铁或钼制成，所述吸收器的表面涂覆有涂层，所述涂层为银、钛、镍。

7.如权利要求2所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述轴杆的外壁上设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽之间以及所述第二凹槽与所述轴杆的端部之间均设置有均匀分布的导流槽，所述导流槽包括一对镜像对称地斜槽、连接在一对所述斜槽之间的若干圆形槽以及连接在相邻两个所述圆形槽之间的直槽，所述斜槽与所述第一凹槽或者所述第二凹槽连通。

8.如权利要求2所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述轴杆的外表面与所述轴套的内表面均涂覆有氧化铁或者钼。

9.如权利要求1所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述金属外壳上连接有一输出窗焊接座，所述输出窗焊接座上焊接有一射线输出窗。

10.如权利要求1所述的两端轴承结构医用X射线管，其特征在于：所述阴极组件包括阴极陶瓷、连接在所述阴极陶瓷端部的阴极聚焦罩以及包覆在所述阴极聚焦罩外的阴极吸收极。

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