RU2347312C1 - Pulse power system - Google Patents
Pulse power system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347312C1 RU2347312C1 RU2007123921/06A RU2007123921A RU2347312C1 RU 2347312 C1 RU2347312 C1 RU 2347312C1 RU 2007123921/06 A RU2007123921/06 A RU 2007123921/06A RU 2007123921 A RU2007123921 A RU 2007123921A RU 2347312 C1 RU2347312 C1 RU 2347312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosive
- power system
- insulator
- magnetic
- source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области импульсной техники на основе магнитной кумуляции энергии, т.е. быстрого сжатия магнитного потока с помощью металлической оболочки, разгоняемой ударной волной взрывчатого вещества (ВВ). Данная система может быть использована для формирования сильноточных и высоковольтных импульсов напряжения, для создания направленных потоков излучения (рентген, нейтроны и т.п.) и разгона тел до высоких скоростей. Тем самым система может быть использована как экспериментальный инструмент для изучения физико-химических свойств материалов в различных экстремальных условиях.The invention relates to the field of pulsed technology based on magnetic energy accumulation, i.e. rapid compression of the magnetic flux using a metal shell accelerated by an explosive shock wave (explosive). This system can be used to generate high-current and high-voltage voltage pulses, to create directed radiation fluxes (x-rays, neutrons, etc.) and to accelerate bodies to high speeds. Thus, the system can be used as an experimental tool for studying the physicochemical properties of materials under various extreme conditions.
Известно устройство взрывной системы импульсной мощности, см. сборник научных трудов "Мегагауссная и мегаамперная импульсная технология и применения"/ Под редакцией В.К.Чернышева, В.Д.Селемира, Л.Н.Пляшкевича - г.Саров. ВНИИЭФ, 1997, рис.2а, стр.269.The device of an explosive system of pulsed power is known, see the collection of scientific papers "Mega-Gaussian and Mega-Amp Pulse Technology and Applications" / Edited by V.K. Chernyshev, V.D.Selemir, L.N. Plyashkevich - Sarov. VNIIEF, 1997, fig. 2a, p. 269.
Устройство состоит из спирального взрывомагнитного генератора (СВМГ), содержащего центральную трубу и соосно расположенную с ней спираль, основной заряд ВВ в центральной трубе, изолятор на выходе СВМГ с коаксиальной полостью (индуктивный накопитель СВМГ). Внутри полости размещен формирователь струй. В центре под полостью расположен протяженный центральный конический заряд ВВ с фокусирующей системой, внутри металлической трубы которой имеется цилиндрический заряд ВВ, торцом соприкасающийся с торцом основного заряда ВВ. Нагрузка зашунтирована коаксиальной металлической фольгой (разрываемым проводником) индуктивного накопителя СВМГ.The device consists of a spiral explosive magnetic generator (SVMG) containing a central tube and a spiral coaxially located with it, the main explosive charge in the central tube, an insulator at the output of the SVMG with a coaxial cavity (inductive storage SVMG). Inside the cavity is placed a shaper of jets. In the center under the cavity there is an extended central conical explosive charge with a focusing system, inside the metal tube of which there is a cylindrical explosive charge, which is in contact with the end of the main explosive charge. The load is shunted by a coaxial metal foil (torn conductor) of the SVMG inductive storage.
Работает система импульсной мощности следующим образом. После создания начального магнитного потока в СВМГ и в индуктивном накопителе СВМГ происходит сжатие начального магнитного потока. При этом сжатие магнитного потока производят в металлическом контуре СВМГ путем его деформирования расходящейся ударной волной от ВВ с постепенным уменьшением размеров полости, что приводит к вытеснению магнитного потока в изолятор, расположенный на выходе СВМГ, и в коаксиальную полость, образующие индуктивный накопитель для СВМГ, а следовательно, также к усилению в нем магнитной энергии. В момент окончания работы СВМГ происходит выведение магнитной энергии в нагрузку, зашунтированную коаксиальной металлической фольгой индуктивного накопителя ВМГ. Фольга резко изменяет свое сопротивление в процессе разрушения ее диэлектрическими струями, образованными с помощью формирователя струй, размещенного внутри полости. Формирование струй начинается после полного подрыва расположенного внутри под полостью протяженного центрального конического заряда ВВ с помощью фокусирующей системы. Необходимое условие при этом, чтобы на всю наружную поверхность данного заряда детонация выходила одновременно без задержек. Основная функция фокусирующей системы, состоящей из металлической трубы, заполненной цилиндрическим ВВ, и заключается в этом. Расширяющаяся продуктами взрыва труба при подрыве с торца ВВ, заполняющего данную фокусирующую систему, непосредственно от основного заряда ВВ имеет изменяющий во времени конический профиль и обеспечивает такое постепенное инициирование внутренней поверхности конического заряда ВВ, чтобы на всю наружную поверхность данного заряда детонация выходила одновременно. Выведение магнитной энергии в нагрузку с обострением мощности происходит в процессе диффундирования генерируемого магнитного поля через формируемые разрывы в наружной коаксиальной металлической фольге (оболочке), которая разрушается диэлектрическими струями формирователя в течение всего времени его работы. Тем самым достигается существенное увеличение сопротивления фольги. Кроме того, происходит еще некоторое дополнительно усиление энергии в нагрузке за счет деформирования продуктами детонации конусного заряда накопительного контура.The pulsed power system operates as follows. After creating the initial magnetic flux in the SVMG and in the inductive drive of the SVMG, the initial magnetic flux is compressed. In this case, the magnetic flux is compressed in the metal circuit of the SVMG by deforming it with a diverging shock wave from the explosive with a gradual decrease in the size of the cavity, which leads to the displacement of the magnetic flux into the insulator located at the output of the SVMG and into the coaxial cavity forming an inductive storage for the SVMG, and therefore, also to enhance magnetic energy in it. At the time of termination of the operation of the SVMG, magnetic energy is removed to the load shunted by the coaxial metal foil of the VMG inductive storage. The foil dramatically changes its resistance in the process of destruction by its dielectric jets formed with the help of a shaper placed inside the cavity. The formation of jets begins after the complete detonation of the inside of the extended central conical explosive charge located inside the cavity using a focusing system. In this case, the necessary condition is that detonation emerges simultaneously on the entire outer surface of a given charge without delay. The main function of the focusing system, consisting of a metal pipe filled with a cylindrical explosive, is this. The tube expanding by explosion products when detonating from the end of the explosive filling this focusing system directly from the main explosive charge has a time-varying conical profile and provides such a gradual initiation of the internal surface of the explosive conical charge so that detonation exits simultaneously to the entire external surface of the given charge. The removal of magnetic energy into the load with an exacerbation of power occurs during the diffusion of the generated magnetic field through the formed gaps in the external coaxial metal foil (shell), which is destroyed by dielectric jets of the former during the entire time of its operation. Thereby, a significant increase in foil resistance is achieved. In addition, there is still some additional energy amplification in the load due to deformation by the detonation products of the cone charge of the storage circuit.
Для увеличения мощности генерируемого импульса и эффективной передачи энергии в нагрузку необходимо, чтобы разрушение фольги происходило одновременно по всей длине и диаметру и как можно быстрей.To increase the power of the generated pulse and effectively transfer energy to the load, it is necessary that the destruction of the foil occurs simultaneously along the entire length and diameter and as quickly as possible.
Недостатком данного устройства является невозможным на практике полностью выполнить необходимые требования. Выполнение их, как упоминалось выше, зависит от качественного подрыва конического заряда ВВ, который должна обеспечить фокусирующая система. На процесс инициирования влияет большое количество факторов: разноплотность в материалах оболочек и ВВ, наличие несоосности при расположении фокусирующей системы, разнотолщинность и т.п. Все это сказывается на быстроходности и одновременности процесса разрыва фольги и, как следствие, на мощности взрывной импульсной системы. Кроме того, главный существенный недостаток данного устройства заключается в "консервативности" возможности использования разнообразных по габаритам металлических фольг в индуктивном накопителе с целью формирования различных значений напряжения. Теоретически по физике явление это возможно, а инженерное воплощение устройства является проблематичным. Т.к. подрыв фокусирующей системы происходит непосредственно от основного заряда ВВ, то использование, например, более удлиненной металлической фольги в индуктивном накопителе для СВМГ требует кардинально изменить всю фокусирующую систему. А в ряде случаев это может оказаться невозможным в заданных радиальных габаритах.The disadvantage of this device is impossible in practice to fully comply with the necessary requirements. Their implementation, as mentioned above, depends on the qualitative undermining of the conical explosive charge, which the focusing system should provide. The initiation process is influenced by a large number of factors: the density in the materials of the shells and explosives, the presence of misalignment when the focusing system is located, the thickness difference, etc. All this affects the speed and simultaneity of the process of tearing the foil and, as a consequence, the power of the explosive impulse system. In addition, the main significant drawback of this device is the “conservative” ability to use metal foils of various sizes in an inductive storage device in order to form different voltage values. Theoretically, in physics, the phenomenon is possible, and the engineering embodiment of the device is problematic. Because if the focusing system is undermined directly from the main explosive charge, the use, for example, of a longer metal foil in an inductive storage ring for an SVMG requires a fundamental change in the entire focusing system. And in some cases this may not be possible in the given radial dimensions.
Также известно устройство взрывной системы импульсной мощности, см. сборник научных трудов "Megagauss Magnetic Field Generation and Pulsed Power Applications"/Ed/ M/ Cowan and R.S. Spielman - New York. Nova Science Publishers, 1994, fig.1p., 481-488.It is also known to design a pulsed power explosive system, see the collection of scientific papers Megagauss Magnetic Field Generation and Pulsed Power Applications / Ed / M / Cowan and R.S. Spielman - New York. Nova Science Publishers, 1994, fig. 1p., 481-488.
Устройство состоит из источника начальной запитки в виде спирального ВМГ (СВМГ), индуктивного накопителя для него, в качестве которого выступает линия с изолятором на выходе спирального генератора. Устройство также включает в себя многоэлементный кассетный дисковый взрывомагнитный генератор (ДВМГ), содержащий кассеты с дисковыми зарядами ВВ, торцевые фланцы и центральную трубу, где с заданным шагом располагаются соосно с ней кассеты с ВВ. Внутри трубы имеется вспомогательный заряд ВВ, фокусирующая система (узел разводки детонации, обеспечивающий подрыв вспомогательного заряда ВВ изнутри по окружности строго в заданных местах), капсюль-детонатор, установленный за пределами генератора на торце фокусирующей системы со стороны нагрузки. Нагрузка вынесена за пределы дискового генератора.The device consists of an initial power source in the form of a spiral VMG (SVMG), an inductive storage for it, which is a line with an insulator at the output of the spiral generator. The device also includes a multi-element cassette disk explosive magnetic generator (DVMG) containing cassettes with explosive disk charges, end flanges, and a central pipe, where explosive cassettes are aligned with it. Inside the pipe there is an auxiliary explosive charge, a focusing system (detonation wiring unit, which detonates the auxiliary explosive charge from the inside around the circle strictly in predetermined places), a detonator capsule mounted outside the generator at the end of the focusing system from the load side. The load is outside the disk generator.
Работает взрывная система импульсной мощности следующим образом.The explosive pulsed power system operates as follows.
В устройстве выведение магнитной энергии в нагрузку происходит непосредственно в процессе работы кассетного дискового ВМГ, в котором запасена энергия от СВМГ. Так как дисковые генераторы являются наиболее сильноточными и быстроходными, то на выходе удается генерировать энергию большой мощности при условии, если происходит синхронный подрыв всех дисковых зарядов в кассетах. Кроме того, с целью дальнейшего обострения фронта токового импульса в нагрузке можно выход ДВМГ зашунтировать фольгой, которая многократно будет увеличивать свое сопротивление в результате электровзрыва от протекающего по ней электрического тока. В этом случае будут созданы условия для коммутирования (переброса) тока в нагрузку за короткий промежуток времени и получения еще более мощных импульсов электромагнитной энергии.In the device, the removal of magnetic energy to the load occurs directly during operation of the cassette disk VMG, in which the energy from the SVMG is stored. Since disk generators are the most powerful and fast, the output manages to generate high-power energy, provided that there is a synchronous undermining of all disk charges in the cassettes. In addition, in order to further exacerbate the front of the current pulse in the load, the DVMG output can be shunted with foil, which will repeatedly increase its resistance as a result of electric explosion from an electric current flowing through it. In this case, conditions will be created for switching (transferring) the current to the load in a short period of time and for obtaining even more powerful pulses of electromagnetic energy.
Недостатком данного устройства является трудность в обеспечении одновременного многоточечного выхода детонации в фокусирующей системе при использовании взрывной линии разводки. Для осуществления многоточечного подрыва необходимо создать многоярусный сложно-разветвленный путь для взрывчатого вещества в узле разводки. Разновременность выхода детонации возникает из-за набегающего различия в геометрических размерах путей к местам подрыва и некоторого отличия в физико-химических свойствах ВВ на этих протяженных путях. Кроме того, другой существенный недостаток заключается в том, что возможно использование только определенного количества кассет в ДВМГ в заданных радиальных габаритах фокусирующей системы. Обусловлено это тем, что создание большего количества выходов детонации в ней ограничено конструктивными особенностями взрывной линии задержки.The disadvantage of this device is the difficulty in providing a simultaneous multi-point detonation output in the focusing system when using an explosive wiring line. For the implementation of multi-point blasting, it is necessary to create a multi-tiered, highly branched path for explosives in the wiring unit. The simultaneous release of detonation arises due to the oncoming differences in the geometric dimensions of the paths to the places of detonation and some differences in the physicochemical properties of explosives along these long paths. In addition, another significant drawback is that it is possible to use only a certain number of cassettes in the DVMG in the given radial dimensions of the focusing system. This is due to the fact that the creation of more detonation outputs in it is limited by the design features of the explosive delay line.
Наиболее близким к заявляемому является система импульсной мощности, см. сборник научных трудов конференции "Гидродинамика высоких плотностей энергии" / Под ред. Г.А.Швецова - Новосибирск: Из-во Ин-та гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН, 2004. - доклад «Новые возможности исследования лайнерной имплозии при токах 15-20 МА: создание диагностического стенда со сменным источником импульсной мощности», рис.1 и рис.2, стр.229-233.Closest to the claimed is a pulsed power system, see the collection of scientific papers of the conference "Hydrodynamics of high energy densities" / Ed. G.A.Shvetsova - Novosibirsk: Institute of Hydrodynamics named after M.A. Lavrentieva SB RAS, 2004. - report "New opportunities for the study of liner implosion at currents of 15-20 MA: creation of a diagnostic stand with a replaceable source of pulsed power", Fig. 1 and Fig. 2, pp. 229-233.
Устройство по прототипу - система импульсной мощности включает последовательно расположенные взрывомагнитный источник начальной энергии с выходным изолятором и, по меньшей мере, одно взрывное устройство с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества, которая содержит источник питания, электрический ввод и разводку для подрыва цепочки электродетонаторов.A device according to the prototype - a pulsed power system includes a sequentially located explosive source of initial energy with an output insulator and at least one explosive device with an axial explosive charge initiation system, which contains a power source, electrical input and wiring for undermining a chain of detonators.
В качестве взрывомагнитного источника начальной энергии используется спиральный взрывомагнитный генератор СВМГ, состоящий из коаксиальных наружного спирального проводника и внутреннего проводника с зарядом взрывчатого вещества и изолятором на выходе. В качестве взрывного устройства с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества используется многоэлементный дисковый взрывомагнитный генератор (ДВМГ), содержащий элементы с дисковыми зарядами ВВ, торцевые фланцы и наружный коаксиальный токопровод.As an explosive magnetic source of initial energy, a spiral explosive magnetic generator SVMG is used, consisting of a coaxial external spiral conductor and an internal conductor with an explosive charge and an insulator at the output. As an explosive device with an axial explosive charge initiation system, a multi-element disk explosive magnetic generator (DVMG) is used, containing elements with explosive disk charges, end flanges, and an external coaxial conductor.
Операцию сжатия начального магнитного потока сначала осуществляют в полости СВМГ с вытеснением его в полость взрывного устройства. При завершении работы СВМГ происходит подрыв цепочки электродетонаторов, которые инициируют в центральной части дисковые заряды. Электрический ввод для подрыва цепочки электродетонаторов осуществляют со стороны, противоположной от СВМГ. При работе ДВМГ за малое время, определяемое в основном временем прохождения детонации по дисковому заряду ВВ, происходит полностью деформирование всего его контура, за счет чего и достигается значительное усиление энергии. Малое время и значительное усиление энергии обеспечивает в свою очередь генерирование мощного импульса. Кроме того, с целью дальнейшего обострения фронта токового импульса в нагрузке часто выход ДВМГ шунтируют фольгой, которая многократно увеличивает свое сопротивление в результате протекающего по ней электрического тока. Тем самым достигаются благоприятные условия для коммутирования тока в нагрузку за короткий промежуток времени и получения еще более мощных импульсов электромагнитной энергии.The compression operation of the initial magnetic flux is first carried out in the cavity of the SVMG with its displacement into the cavity of the explosive device. When the SVMG is shut down, the chain of electric detonators is blown up, which initiate disk charges in the central part. The electrical input for undermining the chain of electric detonators is carried out from the side opposite from the SVMG. When a DVMG operates in a short time, determined mainly by the time of detonation propagation along the explosive disk charge, its entire contour is completely deformed, due to which a significant energy gain is achieved. A short time and a significant increase in energy provides in turn the generation of a powerful pulse. In addition, in order to further exacerbate the front of the current pulse in the load, the output of the DVMG is often shunted with foil, which multiplies its resistance as a result of the electric current flowing through it. Thus, favorable conditions are achieved for switching the current to the load in a short period of time and for obtaining even more powerful pulses of electromagnetic energy.
Недостатком устройства по прототипу является невозможным получить из вакуумированного объема существенный выход излучения при токовой имплозии нагрузки, в качестве которой в зависимости от задач выступают продукты электровзрыва сборки, собранной из тонких проволочек, фольг, газовых смесей и т.п. В результате осуществления подрыва электродетонаторов со стороны вывода излучения электрический ввод взрывного устройства расположен внутри в центральной части сжимаемой нагрузки, занимая часть объема. Электропрочность электрического ввода рассчитана на рабочее напряжение источника питания, измеряемое десятками киловольт. Чтобы защититься от такого напряжения, габаритные радиальные размеры ввода должны быть не меньше нескольких миллиметров. Это, в свою очередь, препятствует осуществлению симметрии обжатия и достижению максимальной степени сжатия такой динамической нагрузки. При правильной имплозии таких сборок должен образовываться пинч диаметром порядка 1 мм, который и излучает большую часть энергии в диапазоне до 1 кэВ. Кроме того, при выводе потока излучения из образующегося Z-пинча будут иметь место значительные возмущения и отклонения от заданной направленности распространения, обусловленные наличием электрического ввода, являющегося инородным телом в данном объеме. В свою очередь это скажется на правильной трактовке результатов воздействия таких направленных потоков излучения на тестируемый объект, например, при экспериментальном изучении физико-химических свойств материалов.The disadvantage of the prototype device is that it is impossible to obtain a significant radiation yield from the evacuated volume during current load implosion, which, depending on the tasks, are products of an electric explosion of an assembly assembled from thin wires, foils, gas mixtures, etc. As a result of the detonation of electric detonators from the radiation output side, the electrical input of the explosive device is located inside in the central part of the compressible load, occupying part of the volume. The electrical strength of the electrical input is designed for the operating voltage of the power source, measured in tens of kilovolts. To protect against such voltage, the overall radial dimensions of the input must be at least several millimeters. This, in turn, prevents the implementation of compression symmetry and the achievement of the maximum compression ratio of such a dynamic load. With the correct implosion of such assemblies, a pinch with a diameter of the order of 1 mm should form, which radiates most of the energy in the range up to 1 keV. In addition, when the radiation flux is removed from the resulting Z-pinch, significant disturbances and deviations from the given propagation direction will occur due to the presence of an electrical input, which is a foreign body in this volume. In turn, this will affect the correct interpretation of the effects of such directed radiation fluxes on the test object, for example, in the experimental study of the physicochemical properties of materials.
При создании данного изобретения решалась задача создания устройства, которое позволяло бы использовать полученные мощные импульсы направленных потоков излучения для решения исследовательских, экспериментальных и прикладных задач.When creating this invention, the task of creating a device that would allow the use of the received powerful pulses of directed radiation fluxes to solve research, experimental and applied problems was solved.
Технический результат, достигаемый при решении данной задачи, заключается в стабильности результатов, в увеличении надежности работы заявляемой системы и увеличении мощности излучаемого импульса за счет уменьшения искажений и отклонений от заданной направленности распространения выходных импульсов потоков излучения при подрыве электродетонаторов со стороны изолятора на выходе СВМГ.The technical result achieved in solving this problem consists in the stability of the results, in increasing the reliability of the inventive system and increasing the power of the emitted pulse by reducing distortions and deviations from the given direction of propagation of the output pulses of the radiation flux when the detonators are detonated from the insulator side of the SVMG output.
Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известной системой импульсной мощности, включающей последовательно расположенные взрывомагнитный источник начальной энергии с выходным изолятором и, по меньшей мере, одно взрывное устройство с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества, содержащей источник питания, электрический ввод и разводку для подрыва цепочки электродетонаторов, в заявляемой системе импульсной мощности электрический ввод расположен между взрывомагнитным источником начальной энергии и взрывным устройством. При этом электрический ввод выполнен в виде, по меньшей мере, одного трубчатого диэлектрического элемента с проводником и с плотной установкой в сквозном отверстии, выполненном в выходном изоляторе взрывомагнитного источника начальной энергии, и имеет выступающую часть над наружной поверхностью выходного изолятора. Кроме того, в системе импульсной мощности над и под выходным изолятором дополнительно установлены эластичные кольцевые уплотнители, а на наружной поверхности трубчатого диэлектрического элемента и на внутренней поверхности сквозного отверстия выходного изолятора выполнено резьбовое соединение, чтобы обеспечить в этом месте плотную посадку, используя дополнительную изоляционную эластичную прокладку и жидкий или пастообразный диэлектрический наполнитель. В качестве взрывного устройства использован либо взрывной формирователь импульса тока, либо многоэлементный дисковый взрывомагнитный генератор, или одновременно дисковый взрывомагнитный генератор и взрывной формирователь тока.The specified technical result is achieved in that, in comparison with the known pulsed power system, including a sequentially located explosive source of initial energy with an output insulator and at least one explosive device with an axial explosive charge initiation system containing a power source, electrical input and wiring to undermine the chain of electric detonators, in the inventive pulsed power system, an electrical input is located between the explosive magnetic source in energy consumption and explosive device. In this case, the electrical input is made in the form of at least one tubular dielectric element with a conductor and with a tight installation in the through hole made in the output insulator of the explosive magnetic source of initial energy, and has a protruding part above the outer surface of the output insulator. In addition, elastic ring seals are additionally installed in the pulsed power system above and below the output insulator, and a threaded connection is made on the outer surface of the tubular dielectric element and on the inner surface of the through hole of the output insulator to provide a tight fit in this place using an additional insulating elastic gasket and a liquid or pasty dielectric filler. As an explosive device, either an explosive current pulse shaper, or a multi-element disk explosive magnetic generator, or both a disk explosive magnetic generator and an explosive current driver are used.
Предложено новое компоновочное решение, где электрический ввод расположен между взрывомагнитным источником начальной энергии и взрывным устройством и выполнен в виде, по меньшей мере, одного трубчатого диэлектрического элемента с проводником и с плотной установкой в сквозном отверстии выходного изолятора взрывомагнитного источника начальной энергии. Отсутствие электрического ввода со стороны нагрузки обеспечило стабильность работы устройства с получением максимального выхода излучения. При вытеснении магнитного потока во взрывное устройство возникают значительные напряжения, приложенные к изолятору на выходе взрывомагнитного источника начальной энергии (например, в СВМГ). Так как рабочая полость СВМГ изготавливается герметичной за счет эластичных кольцевых уплотнителей над и под изолятором на выходе из спирального взрывомагнитного генератора (СВМГ), ее можно заполнить электропрочным газом. (Такая же прокладка установлена и на входе СВМГ.) Электропрочные газы или их смеси (при атмосферном давлении или выше) позволяют использовать изолятор на выходе СВМГ со значительно меньшей длиной в рабочей области, где происходит компрессия магнитного потока спирального генератора. Обусловлено это тем, что пробой по поверхности изолятора, разделяющего спираль от трубы, при заполнении полости, например, элегазом (SF6) при атмосферном давлении, произойдет уже при напряжении большим примерно в два раза. Таким образом, можно будет значительно сократить длину изолятора, закрывающего спираль, и, как следствие, уменьшить потери магнитного потока, остающегося в толще изолятора, на заключительной стадии работы СВМГ. Так как электрический ввод выполнен в виде, по меньшей мере, одного трубчатого диэлектрического элемента с проводником и с плотной установкой в сквозном отверстии, выполненном в выходном изоляторе спирального взрывомагнитного генератора, то проводник будет изолирован от достаточно больших пробойных напряжений (десятки киловольт). Электрических вводов может быть выполнено несколько с равномерным расположением отверстий по окружности выходного изолятора. На наружной поверхности трубчатого диэлектрического элемента и на внутренней поверхности сквозного отверстия выходного изолятора выполнено резьбовое соединение, которое при установке трубчатого диэлектрического элемента с дополнительной изоляционной эластичной прокладкой заполнено жидким или пастообразным диэлектрическим наполнителем. Это позволило достичь высокой электрической прочности в этом месте. Выступ трубчатого диэлектрического элемента снаружи выходного изолятора устраняет поверхностный пробой от напряжения, генерируемого при работе СВМГ, внутри трубчатого отверстия со спирали к центральной трубе. Вывод проводника через толщу изолятора не требует его герметизации, т.к. герметизацию СВМГ обеспечивают уже резиновые прокладки, установленные в начале изолятора. Таким образом, осуществляется разделение всего объема системы импульсной мощности на герметизированный и негерметизированный объемы, что позволяет сравнительно просто использовать любые взрывные устройства с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества без переделки с целью герметизации их объема. Переделка же в ряде случаев может повлечь к существенному изменению конструкции взрывного устройства.A new layout solution is proposed where the electrical input is located between the explosive magnetic source of initial energy and the explosive device and is made in the form of at least one tubular dielectric element with a conductor and with a tight installation in the through hole of the output insulator of the explosive magnetic source of initial energy. The absence of electrical input from the load side ensured the stability of the device with the maximum radiation output. When a magnetic flux is displaced into an explosive device, significant voltages occur, applied to the insulator at the output of the explosive source of initial energy (for example, in an SVMG). Since the working cavity of the SVMG is made airtight due to the elastic ring seals above and below the insulator at the outlet of the spiral explosive magnetic generator (SVMG), it can be filled with electric shock gas. (The same gasket is installed at the inlet of the SVMG.) Electro-strong gases or their mixtures (at atmospheric pressure or higher) allow the use of an insulator at the outlet of the SVMG with a significantly shorter length in the working area where the magnetic flux of the spiral generator is compressed. This is due to the fact that breakdown on the surface of the insulator that separates the spiral from the pipe, when filling the cavity, for example, with SF6 gas (SF 6 ) at atmospheric pressure, will occur already at a voltage about double. Thus, it will be possible to significantly reduce the length of the insulator covering the spiral, and, as a result, reduce the loss of magnetic flux remaining in the thickness of the insulator at the final stage of operation of the SVMG. Since the electrical input is made in the form of at least one tubular dielectric element with a conductor and with a tight installation in a through hole made in the output insulator of a spiral explosive magnetic generator, the conductor will be isolated from sufficiently large breakdown voltages (tens of kilovolts). Several electrical inputs can be made with a uniform arrangement of holes around the circumference of the output insulator. A threaded connection is made on the outer surface of the tubular dielectric element and on the inner surface of the through hole of the outlet insulator, which is filled with a liquid or paste-like dielectric filler when installing the tubular dielectric element with an additional insulating elastic gasket. This made it possible to achieve high electrical strength in this place. The protrusion of the tubular dielectric element outside the output insulator eliminates surface breakdown from the voltage generated during the operation of the SVMG inside the tubular hole from the spiral to the central pipe. The output of the conductor through the thickness of the insulator does not require its sealing, because SVMG sealing is already provided by rubber gaskets installed at the beginning of the insulator. Thus, the entire volume of the pulse power system is divided into sealed and unsealed volumes, which makes it relatively easy to use any explosive devices with an axial explosive charge initiation system without modification in order to seal their volume. Alteration in some cases can lead to a significant change in the design of the explosive device.
Все эти условия: сокращение длины изолятора, расположенного внутри взрывомагнитного источника начальной энергии; создание надежного электрического ввода через изолятор, имеющего близкие электропрочностные характеристики, соответствующие цельному изолятору; герметизация объема СВМГ позволяют увеличить выход энергии в нагрузку, повысить ее мощность за счет увеличения импульса тока и напряжения, обеспечить направленное стабильное воздействие на объект и универсальность использования системы импульсной мощности практически с любым взрывным устройством с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества.All these conditions: reduction of the length of the insulator located inside the explosive source of initial energy; creating a reliable electrical input through an insulator having close electrical strength characteristics corresponding to a one-piece insulator; hermetic sealing of the SVMG volume allows one to increase the energy output to the load, increase its power by increasing the current pulse and voltage, provide a stable directional effect on the object and the universality of using the pulse power system with almost any explosive device with an axial explosive charge initiation system.
На чертеже изображена заявляемая система импульсной мощности, где 1 - взрывомагнитный источник начальной энергии (спиральный взрывомагнитный генератор); 2 - спираль; 3 - центральная труба; 4 - выходной изолятор; 5 - взрывное устройство с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества; 6 - заряд взрывчатого вещества; 7 - источник питания; 8 - электрический ввод; 9 - разводка; 10 - электродетонатор; 11 - трубчатый диэлектрический элемент; 12 - проводник; 13 - разрядник; 14 - нагрузка; 15 - резьбовое соединение; 16 - изоляционная эластичная прокладка; 17 - эластичные кольцевые уплотнители; 18 - заряд ВВ спирального взрывомагнитного генератора; 19 - проводник; 20, 21 - металлические диски; 22 - оболочка из диэлектрического материала. Стрелками показано направление подрывного тока от источника питания.The drawing shows the inventive pulsed power system, where 1 is an explosive source of initial energy (spiral explosive magnetic generator); 2 - a spiral; 3 - the central pipe; 4 - output insulator; 5 - explosive device with an axial explosive charge initiation system; 6 - explosive charge; 7 - power source; 8 - electrical input; 9 - wiring; 10 - electric detonator; 11 - tubular dielectric element; 12 - conductor; 13 - arrester; 14 - load; 15 - threaded connection; 16 - insulating elastic gasket; 17 - elastic ring seals; 18 - explosive charge of a spiral explosive magnetic generator; 19 - conductor; 20, 21 - metal disks; 22 - a shell of dielectric material. The arrows indicate the direction of the subversive current from the power source.
Заявляемая взрывная система импульсной мощности содержит последовательно расположенные спиральный взрывомагнитный генератор 1, состоящий из спирали 2, центральной трубы 3 и изолятора на выходе 4. По меньшей мере, имеется одно взрывное устройство 5 с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества 6, которое содержит источник питания 7, электрический ввод 8 и разводку 9 для подрыва цепочки электродетонаторов 10. Электрический ввод 8 расположен между спиральным взрывомагнитным генератором 1 и взрывным устройством 5. Он плотно установлен в сквозном отверстии, выполненном в выходном изоляторе 4 спирального взрывомагнитного генератора 1, и с установкой в сквозном отверстии, выполненном в центральной трубе. Электрический ввод выполнен, по меньшей мере, в виде одного трубчатого диэлектрического элемента 11 с проводником 12, в электрической цепи которого может быть установлен разрядник 13 и который подключен к ближнему электродетонатору 10. Трубчатый элемент 11 снаружи выступает за спираль, а другой его конец расположен во внутреннем объеме центральной трубы 3. На фигуре приведен вариант исполнения, когда в качестве взрывного устройства 5 использован многоэлементный дисковый взрывомагнитный генератор, к которому подсоединена нагрузка 14. На наружной поверхности трубчатого диэлектрического элемента и на внутренней поверхности сквозного отверстия в выходном изоляторе выполнено резьбовое соединение 15. Его электрическая прочность обеспечена плотной посадкой, дополнительной изоляционной эластичной прокладкой 16 и жидким или пастообразным диэлектрическим наполнителем. Кроме того, над и под изолятором на выходе из спирального взрывомагнитного генератора дополнительно установлены эластичные кольцевые уплотнители 17.The inventive impulse power blasting system comprises a sequentially arranged spiral explosive magnetic generator 1, consisting of a spiral 2, a central pipe 3 and an insulator at the outlet 4. At least one explosive device 5 with an axial explosive charge initiation system 6, which contains a power source 7 , electrical input 8 and wiring 9 to undermine the chain of electric detonators 10. Electrical input 8 is located between the spiral explosive magnetic generator 1 and the explosive device 5. It is tightly mounted flax in a through hole formed in the insulator 4 of the helical output explosive magnetic generator 1 and the installation in a through hole formed in the central tube. The electrical input is made of at least one tubular dielectric element 11 with a conductor 12, in the electric circuit of which an arrester 13 can be installed and which is connected to the near electric detonator 10. The tubular element 11 externally protrudes from the spiral, and its other end is located in internal volume of the central pipe 3. The figure shows an embodiment when a multi-element disk explosive magnetic generator is used as the explosive device 5, to which the load 14 is connected. second surface of the tubular insulating member and the inner surface of the through hole formed in the output isolator threaded connection 15. Its electric strength provided by a tight fit, more elastic insulating gasket 16 and the liquid or pasty dielectric filler. In addition, above and below the insulator at the outlet of the spiral explosive magnetic generator, elastic ring seals 17 are additionally installed.
В примере реализации системы импульсной мощности в качестве взрывомагнитного источника начальной энергии выбран спиральный взрывомагнитный генератор с внутренним диаметром спирали 200 мм. Выходной изолятор изготовлен из капролона марки Л1 с конической внутренней частью. Максимальная толщина изолятора 2 см. В качестве взрывного источника с осевой системой инициирования заряда взрывчатого вещества был использован быстроходный многоэлементный дисковый генератор диаметром 240 мм с эффективным временем работы ~3 мкс и выходной энергией в мегаджоульном диапазоне. Диэлектрический трубчатый элемент электрического ввода был изготовлен из капролона с наружным диаметром порядка 20 мм. К месту стыка его с выходным изолятором прикладывалось напряжение ~50 кВ, и пробоя не наблюдалось. При проведении взрывного эксперимента система импульсной мощности сработала устойчиво и в соответствии с штатным режимом.In the example of the implementation of the pulsed power system, a spiral explosive generator with an internal spiral diameter of 200 mm was selected as an explosive source of initial energy. The output insulator is made of caprolon brand L1 with a conical inner part. The maximum thickness of the insulator is 2 cm. A high-speed multi-element disk generator with a diameter of 240 mm with an effective operating time of ~ 3 μs and an output energy in the megajoule range was used as an explosive source with an axial explosive charge initiation system. The dielectric tubular element of the electrical input was made of caprolon with an outer diameter of about 20 mm. A voltage of ~ 50 kV was applied to the junction of it with the output insulator, and no breakdown was observed. During an explosive experiment, the pulsed power system worked stably and in accordance with the normal mode.
Работает данное устройство следующим образом. Объем СВМГ заполняется электропрочностным газом. В контуре спирального взрывомагнитного генератора создается начальный магнитный поток. В момент его максимума происходит подрыв с торца заряда ВВ 18, расположенного в центральной трубе 3. К концу работы СВМГ происходит подрыв цепочки электродетонаторов 10 от источника питания 7. Если в цепи проводника 12, расположенного в трубчатом элементе, будут установлены разрядники 13 (не менее хотя бы одного разрядника), то его параметры должны быть настроены на пробивное напряжение Up, определяемое, исходя из условия Uсвмг≤Up<Uип, где Uсвмг - напряжение на выходе СВМГ (~35 кВ), a Uип - напряжение источника питания 7. При этом второй проводник 19 источника питания 7 подсоединен к контуру разводки 9 для подрыва цепочки электродетонаторов 10 в месте выхода спирали. Электродетонаторы отделены от внутренних металлических элементов 20, 21, деформируемых при подрыве ВВ 6, оболочкой из диэлектрического материала 22. (В конкретном случае использовался пленочный изолятор.) Оболочка 22 из диэлектрического материала позволяет избежать пробоя при срабатывании источника питания 7 в месте подвода провода 12 к электродетонатору. При этом обеспечивается требуемый импульс тока непосредственно в контуре разводки 9, необходимый для подрыва цепочки электродетонаторов. Подрыв цепочки электродетонаторов 10 приводит к одновременному инициированию всех дисковых зарядов 6, после чего начинает работать дисковый взрывомагнитный генератор 5. Вытеснение магнитного потока в нагрузку 14 происходит быстро, что и обеспечивает генерирование мощного импульса энергии. При токовой имплозии нагрузки, в качестве которой используются продукты электровзрыва тонких проволочек, в вакуумированном объеме и происходит получение направленных потоков излучения.This device works as follows. The volume of SVMG is filled with electric strength gas. An initial magnetic flux is created in the circuit of the spiral explosive magnetic generator. At the time of its maximum, the explosive charge 18 located in the central tube 3 is detonated. By the end of the SVMG operation, the chain of electric detonators 10 is detached from the power source 7. If in the circuit of the conductor 12 located in the tubular element, arresters 13 are installed (not less than at least one spark gap), then its parameters must be tuned to the breakdown voltage U p , determined on the basis of the condition U svmg ≤U p <U un , where U svmg is the voltage at the output of the SVMG (~ 35 kV), and U un the voltage of the power source 7. In this case, the second conductor 19 and power supply 7 is connected to the wiring loop 9 to undermine the chain of electric detonators 10 at the exit of the spiral. The electric detonators are separated from the internal metal elements 20, 21, which are deformed when BB 6 is detonated, by a sheath of dielectric material 22. (In the specific case, a film insulator was used.) The sheath 22 of dielectric material avoids breakdown when the power source 7 is triggered at the location of the 12 k wire electric detonator. This ensures the required current pulse directly in the wiring loop 9, necessary to undermine the chain of detonators. Undermining the chain of electric detonators 10 leads to the simultaneous initiation of all disk charges 6, after which the disk explosive magnetic generator 5 starts to work. The displacement of the magnetic flux into the load 14 occurs quickly, which ensures the generation of a powerful energy pulse. With current load implosion, which uses the products of electric explosion of thin wires, in a vacuumized volume, directed radiation fluxes are obtained.
Так как в объеме нагрузки по сравнению с прототипом нет электрического ввода, имеющего радиальный размер несколько мм, то из-за отсутствия рассеивания и загрязнения плазменного образования в результате устраненного взаимодействия его с инородным телом можно достичь сжатия пинча до минимальных размеров (порядка одного мм) при схлопывании нагрузки и, как следствие, получить надежную работу и, по меньшей мере, на порядок увеличение мощности излучения.Since, in comparison with the prototype, there is no electrical input in the load volume having a radial size of several mm, due to the absence of scattering and contamination of the plasma formation as a result of its eliminated interaction with a foreign body, pinch compression can be achieved to a minimum size (of the order of one mm) at the collapse of the load and, as a result, get reliable operation and at least an order of magnitude increase in radiation power.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123921/06A RU2347312C1 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Pulse power system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123921/06A RU2347312C1 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Pulse power system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2347312C1 true RU2347312C1 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007123921/06A RU2347312C1 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Pulse power system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2347312C1 (en) |
-
2007
- 2007-06-25 RU RU2007123921/06A patent/RU2347312C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7122949B2 (en) | Cylindrical electron beam generating/triggering device and method for generation of electrons | |
| US7071631B2 (en) | Electromagnetic pulse device | |
| US3939816A (en) | Gas filled coaxial accelerator with compression coil | |
| US5945623A (en) | Hybrid electrothermal gun with soft material for inhibiting unwanted plasma flow and gaps for establishing transverse plasma discharge | |
| US2574655A (en) | Apparatus for focusing high-energy particles | |
| CN108871130B (en) | Plasma blasting rock mechanical device capable of realizing hole wall sealing | |
| CN101221247B (en) | Discharge electrode | |
| RU2347312C1 (en) | Pulse power system | |
| CN203758390U (en) | Exploding wire initiation system | |
| RU2548021C2 (en) | Explosion-magnetic system generating powerful energy impulse | |
| CN103925856A (en) | Explosion-wire detonating device | |
| US4635840A (en) | Forming method using an electromagnetically exploded filament | |
| RU2711093C1 (en) | Device of electrically explosive current circuit breaker for commutation of disk explosion-magnetic generator current into load | |
| RU2646845C2 (en) | Device for forming pulse of high-current electron accelerator | |
| RU2547337C2 (en) | Device for study of high-speed implosion of liner | |
| RU2438206C1 (en) | Explosive current circuit breaker | |
| CN106057396B (en) | High temperature plasma gas superconducting electromagnetic coil and microwave pulse generating means | |
| RU2468495C1 (en) | Explosive magnetic cumulation generator | |
| RU2185704C1 (en) | Spiral explosive magnetic generator | |
| Turchi | Problems and prospects for microsecond pulsed power above ten megamperes | |
| RU2648248C1 (en) | Stand for liner studies | |
| RU2076375C1 (en) | Explosion circuit-breaker | |
| RU2655365C1 (en) | Method of synthesis of nanodispersed titanium nitrid | |
| RU2123244C1 (en) | Linear inductance accelerator | |
| RU2349000C1 (en) | Magnetic explosion shaper of voltage pulses |