RU2377685C2

RU2377685C2 - Gas-filled discharger

Info

Publication number: RU2377685C2
Application number: RU2007141261/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Богданов (RU); Владимир Алексеевич Богданов; Алексей Дмитриевич Гордеев (RU); Алексей Дмитриевич Гордеев; Борис Петрович Меркулов (RU); Борис Петрович Меркулов; Владислав Георгиевич Самородов (RU); Владислав Георгиевич Самородов
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-12-27
Also published as: RU2007141261A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to gas-discharge technique and can be used at development of dischargers-peakers with minor time of commutation and major mechanical strength for small-size pulse X-ray machines and voltage pulse oscillator with pulse rise time less than 1 nano-second. Gas-filled discharger contains envelope consisting of metallic casing in the from of sleeve formed by cylinder and inserted into its top part cover welded by place of connection and insulator in the form of hollow truncated cone located inside the metallic casing, two electrodes, one of which is fixed on bottom of metallic casing, and the second on butt surface of minor basis of insulator, the other basis of which formed with bottom part of cylinder hermetic connection received ensured by placement on external surface of top part of cylinder of retaining ring with flanging overlapping the place of connection of cylinder and cover herewith edges of retaining ring are welded to metallic casing, for instance argonarc welding.

EFFECT: high mechanical strength, reliability and manufacturability of gas-filled discharger.

1 dwg

Description

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при разработке разрядников - обострителей с малым временем коммутации и большой механической прочностью для малогабаритных импульсных рентгеновских аппаратов и генераторов импульсов напряжения с длительностью фронта менее 1 наносекунды.The invention relates to a gas-discharge equipment and can be used in the development of arresters - sharpeners with a short switching time and high mechanical strength for small-sized pulsed X-ray machines and voltage pulse generators with a front duration of less than 1 nanosecond.

Известен газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из изолятора в виде полого усеченного конуса и металлического корпуса в виде стакана, образованного цилиндром и ввинченной в него крышкой, заваренных по месту соединения, два электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности крышки, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, другое основание которого образует с краем металлического корпуса герметичное соединение [Высоковольтные разрядники - обострители /Ю.В.Киселев, Б.П.Меркулов/ - Электронная техника. Серия 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. Выпуск 2 (79) / 1980 г., стр.37].Known gas-filled spark gap containing a shell consisting of an insulator in the form of a hollow truncated cone and a metal body in the form of a cup formed by a cylinder and a cap screwed into it, welded at the junction, two electrodes, one of which is fixed to the inner surface of the cap, and the second to the end surface of the smaller base of the insulator, the other base of which forms a tight connection with the edge of the metal case [High-voltage arresters - sharpeners / Yu.V. Kiselev, B.P. Merkulov / - Elect onnaya equipment. Series 4. Electrovacuum and gas-discharge devices. Issue 2 (79) / 1980, p. 37].

Данный разрядник имеет большую механическую прочность и обеспечивает малое время коммутации при диаметре оболочки не более 50 мм и давлении 4÷5 МПа, что существенно при использовании разрядников в наносекундной технике. Недостатком конструкции является низкая механическая прочность и надежность разрядника с напряжением пробоя более 200 кВ и временем коммутации порядка 1 нс и менее, что требует увеличения геометрических размеров оболочки разрядника и увеличения давления наполняющего газа, а также большая трудоемкость процесса изготовления разрядника из-за наличия резьбового соединения.This spark gap has great mechanical strength and provides a short switching time with a shell diameter of not more than 50 mm and a pressure of 4 ÷ 5 MPa, which is essential when using arresters in nanosecond technology. The design disadvantage is the low mechanical strength and reliability of the arrester with a breakdown voltage of more than 200 kV and a switching time of about 1 ns or less, which requires an increase in the geometric dimensions of the arrester shell and an increase in the pressure of the filling gas, as well as the high complexity of the manufacturing process of the arrester due to the threaded connection .

Известен газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде стакана, образованного цилиндром и сваренной с ним аргонно-дуговой сваркой крышкой, и размещенного в нем изолятора в виде полого усеченного конуса, два электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности дна металлического корпуса, а второй на поверхности меньшего основания изолятора, внутри которого проходит осевой вывод второго электрода, манжету, расположенную с внутренней стороны нижней части металлического корпуса и соединенную с основанием нижней части изолятора [Авторское свидетельство №932578, H01J 17/02, 1982 г.]Known gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal body in the form of a glass formed by a cylinder and a cap welded with it by argon-arc welding, and an insulator in the form of a hollow truncated cone, two electrodes, one of which is fixed to the inner surface of the bottom of the metal case, and the second on the surface of the smaller base of the insulator, inside which passes the axial output of the second electrode, a cuff located on the inner side of the lower part of the metal housing and dyna with the base of the lower part of the insulator [Copyright certificate No. 932578, H01J 17/02, 1982]

Недостатком разрядника является низкая механическая прочность, определяемая прочностью шва, выполненного посредством аргонно-дуговой сварки.The disadvantage of the arrester is the low mechanical strength, determined by the strength of the seam made by argon-arc welding.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является газонаполненный разрядник, содержащий оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде стакана, образованного цилиндром и вставленной в его верхнюю часть крышкой, заваренных по месту соединения, и изолятора в виде полого усеченного конуса, размещенного внутри металлического корпуса, два электрода, один из которых закреплен на дне металлического корпуса, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, другое основание которого образует с нижней частью цилиндра герметичное соединение [Авторское свидетельство СССР №360886, H01J 17/18, 1973 г. - прототип].Closest to the proposed invention is a gas-filled spark gap, containing a shell consisting of a metal body in the form of a cup formed by a cylinder and a lid inserted into its upper part, welded at the junction, and an insulator in the form of a hollow truncated cone placed inside the metal body, two electrodes , one of which is fixed at the bottom of the metal casing, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator, the other base of which forms with the lower part of the cylinder g rmetichnoe compound [Copyright certificate USSR, №360886, H01J 17/18, 1973 - prototype].

Этот разрядник при высокой технологичности изготовления имеет большую механическую прочность при диаметре оболочки не более 50 мм и позволяет наполнять его газом до давления порядка 4÷5 МПа. Механическая прочность такой конструкции ограничена прочностью шва, соединяющего цилиндр и крышку, полученного посредством аргонно-дуговой сварки, и не превышает усилия, возникающие при давлении наполняющего газа порядка 4÷5 МПа, что не позволяет создать разрядник с напряжением пробоя более 200 кВ и временем коммутации 1 нс и менее, так как требует увеличения давления газа до величины порядка 10 МПа и диаметра разрядника до величины более 50 мм.This spark gap with high manufacturability has great mechanical strength with a shell diameter of not more than 50 mm and allows it to be filled with gas to a pressure of about 4 ÷ 5 MPa. The mechanical strength of this design is limited by the strength of the weld connecting the cylinder and the cover obtained by argon-arc welding, and does not exceed the forces arising at a filling gas pressure of about 4 ÷ 5 MPa, which does not allow creating a spark gap with a breakdown voltage of more than 200 kV and switching time 1 ns or less, since it requires an increase in gas pressure to a value of the order of 10 MPa and a spark gap diameter to a value of more than 50 mm.

Таким образом, недостатком данного разрядника является низкая механическая прочность в конструкциях с диаметром оболочки более 50 мм, наполненных газом до давления порядка 10 МПа.Thus, the disadvantage of this arrestor is the low mechanical strength in structures with a shell diameter of more than 50 mm, filled with gas to a pressure of about 10 MPa.

Задачей изобретения является создание высокотехнологичного газонаполненного разрядника с высокой механической прочностью и надежностью в работе.The objective of the invention is to provide a high-tech gas-filled spark gap with high mechanical strength and reliability.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известном' газонаполненном разряднике, содержащем оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде стакана, образованного цилиндром и вставленной в его верхнюю часть крышкой, заваренных по месту соединения, и изолятора в виде полого усеченного конуса, размещенного внутри металлического корпуса, два электрода, один из которых закреплен на дне металлического корпуса, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, другое основание которого образует с нижней частью цилиндра герметичное соединение, на внешней поверхности верхней части цилиндра расположено бандажное кольцо с отбортовкой, перекрывающей место соединения цилиндра и крышки, при этом края бандажного кольца приварены к металлическому корпусу, например аргонно-дуговой сваркой.The indicated technical effect is achieved in that in the well-known gas-filled spark gap containing a shell consisting of a metal case in the form of a cup formed by a cylinder and a lid inserted into its upper part, welded at the junction, and an insulator in the form of a hollow truncated cone placed inside a metal cases, two electrodes, one of which is fixed at the bottom of the metal case, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator, the other base of which forms with the lower part of the qi lindra is a tight connection, on the outer surface of the upper part of the cylinder there is a retaining ring with a flange overlapping the junction of the cylinder and the cover, while the edges of the retaining ring are welded to a metal body, for example by argon-arc welding.

Использование бандажного кольца усиливает прочность соединения цилиндра и крышки в металлическом корпусе оболочки разрядника, практически не усложняя процесса его изготовления.The use of a retaining ring enhances the strength of the connection between the cylinder and the cover in the metal housing of the spark gap shell, practically without complicating the process of its manufacture.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allows us to establish that the applicant has not found an analogue characterized by features identical to those of the claimed invention, and a definition from the list of identified analogues the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to identify the set of essential in relation to the applicant the technical result of the distinguishing features in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены технические решения, позволяющие повысить механическую прочность, надежность и технологичность разрядника, содержащего оболочку, состоящую из металлического корпуса в виде стакана, образованного цилиндром и вставленной в него крышкой, заваренных по месту соединения, и изолятора в виде полого усеченного конуса, размещенного внутри металлического корпуса, два электрода, один из которых закреплен на внутренней поверхности крышки, а второй на торцевой поверхности меньшего основания изолятора, другое основание которого образует с краем металлического корпуса герметичное соединение, за счет использования бандажного кольца с отбортовкой, расположенного на внешней поверхности цилиндра со стороны его соединения с крышкой, при этом отбортовка перекрывает место соединения цилиндра и крышки, а края бандажного кольца приварены к металлическому корпусу, например аргонно-дуговой сваркойTo verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, an additional search was carried out for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art, as it has not been identified technical solutions to increase the mechanical strength, reliability and manufacturability of the arrester containing a shell, consisting from a metal casing in the form of a cup formed by a cylinder and a lid inserted into it, welded at the junction, and an insulator in the form of a hollow truncated cone placed inside the metal casing, two electrodes, one of which is fixed on the inner surface of the lid, and the second on the end surface a smaller base of the insulator, the other base of which forms a tight connection with the edge of the metal case, through the use of a retaining ring with a flange located on the outer surface the cylinder from the side of its connection with the cover, while the flange overlaps the junction of the cylinder and the cover, and the edges of the retaining ring are welded to a metal body, for example by argon-arc welding

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

Заявленное изобретение поясняется чертежом.The claimed invention is illustrated in the drawing.

На чертеже показан один из вариантов предлагаемого газонаполненного разрядника в разрезе.The drawing shows one of the options for the proposed gas-filled spark gap in the context.

Газонаполненный разрядник (чертеж) содержит электроды 1 и 2, металлический корпус, образованный цилиндром 3, соединенным швом 4 аргонно-дуговой сварки с крышкой 5, в осевое отверстие которой впаивается резьбовой вывод 6 и электрод 1, керамический изолятор 7 в виде полого усеченного конуса, большее основание которого спаивается с манжетой 8, а меньшее основание изолятора 7 соединено с электродом 2 через экран 9 и вывод 10 электрода 2 посредством торцевого спая, например серебросодержащим припоем Пср-72. Крышка 5 с электродом 1, выводом 6 и штенгелем 11 образует металлический электродный узел, а керамический изолятор 7, электрод 2 с выводом 10, манжета 8, экран 9 образуют металлокерамический электродный узел. В процессе изготовления разрядника металлокерамический электродный узел вставляется внутрь цилиндра 3 до упора с отбортовкой и заваривается аргонно-дуговой сваркой по кромке манжеты 8 с цилиндром 3, образуя шов 12. Затем металлический электродный узел вставляется в расточку верхней части цилиндра 3 и соединяется с ним швом 4. После чего на внешнюю поверхность цилиндра 3 со стороны его соединения с крышкой 5 надевается бандажное кольцо 13 с отбортовкой, перекрывающей место соединение цилиндра 3 и крышки 5, заваренное швом 4, и приваривают аргонно-дуговой сваркой верхний край бандажного кольца 13 (край отбортовки) к крышке 5, а нижний край к цилиндру 3 с образованием швов 14 и 15 соответственно.A gas-filled spark gap (drawing) contains electrodes 1 and 2, a metal casing formed by a cylinder 3 connected by a seam 4 of argon-arc welding with a cover 5, into the axial hole of which is threaded terminal 6 and electrode 1, a ceramic insulator 7 in the form of a hollow truncated cone, the larger base of which is soldered with the cuff 8, and the smaller base of the insulator 7 is connected to the electrode 2 through the screen 9 and the output 10 of the electrode 2 by means of an end junction, for example, Psr-72 silver-containing solder. A cover 5 with an electrode 1, a terminal 6 and a plug 11 forms a metal electrode assembly, and a ceramic insulator 7, an electrode 2 with a terminal 10, a sleeve 8, and a screen 9 form a ceramic-metal electrode assembly. In the manufacturing process of the arrester, the cermet electrode assembly is inserted into the cylinder 3 until it stops with flanging and is welded by argon-arc welding along the edge of the sleeve 8 with the cylinder 3, forming a seam 12. Then, the metal electrode assembly is inserted into the bore of the upper part of the cylinder 3 and connected to it by a seam 4 Then, on the outer surface of the cylinder 3 from the side of its connection with the cover 5, a retaining ring 13 is put on with a flange overlapping the connection of the cylinder 3 and the cover 5, welded with a seam 4, and argon is welded by arc welding, the upper edge of the retaining ring 13 (flanging edge) to the cap 5, and the lower edge to the cylinder 3 with the formation of welds 14 and 15, respectively.

Работает газонаполненный разрядник следующим образом.The gas-filled spark gap operates as follows.

Между электродами 1 и 2 прикладывают импульсное напряжение, амплитуда которого нарастает со временем. По достижению напряжения, равного напряжению пробоя, разрядник пробивается и в нагрузке возникает импульс тока, величина и форма которого определяется параметрами разрядной цепи и величиной напряжения пробоя разрядника.A pulse voltage is applied between the electrodes 1 and 2, the amplitude of which increases with time. Upon reaching a voltage equal to the breakdown voltage, the arrester breaks through and a current pulse arises in the load, the magnitude and shape of which is determined by the parameters of the discharge circuit and the magnitude of the breakdown voltage of the arrester.

В предлагаемой конструкции газонаполненного разрядника использование бандажного кольца значительно повышает механическую прочность разрядника, которая практически определяется прочностью оболочки прибора, позволяя таким образом конструировать механически прочные и надежные в работе газонаполненные разрядники высокого давления до 10 МПа и выше с диаметром оболочки более 50 мм, что необходимо для создания разрядников со временем коммутации 1 нс и менее и динамическим напряжением пробоя более 200 кВ. К достоинству заявленного газонаполненного разрядника следует отнести высокую технологичность конструкции, обеспечиваемую за счет исключения резьбового соединения между крышкой и цилиндром в металлическом корпусе.In the proposed design of a gas-filled spark gap, the use of a retaining ring significantly increases the mechanical strength of the spark gap, which is practically determined by the strength of the shell of the device, thus allowing the construction of mechanically strong and reliable gas-filled spark gaps of high pressure up to 10 MPa and higher with a shell diameter of more than 50 mm, which is necessary for creating arresters with a switching time of 1 ns or less and a dynamic breakdown voltage of more than 200 kV. The advantage of the claimed gas-filled spark gap should include high technological design, provided by eliminating the threaded connection between the cover and the cylinder in a metal case.

На основе заявленного изобретения разработан разрядник - обостритель РО-50М, механическая прочность которого позволяет выдерживать избыточное давление наполняющего газа порядка 15 МПа. При этом он обладает высокой технологичностью по сравнению с серийно выпускаемыми разрядниками РО-48, РО-43, РО-49 и РО-50, металлический корпус в которых образован цилиндром и ввинченной в него крышкой.On the basis of the claimed invention, a spark gap arrester - sharpener RO-50M was developed, the mechanical strength of which allows it to withstand excess pressure of the filling gas of the order of 15 MPa. At the same time, it has high manufacturability in comparison with the commercially available arresters RO-48, RO-43, RO-49 and RO-50, the metal case in which is formed by a cylinder and a cap screwed into it.

Такой разрядник найдет широкое применение в импульсных рентгеновских аппаратах для дефектоскопии металлоконструкций и в генераторах импульсов наносекундной длительности для спецприменений.Such a spark gap will be widely used in pulsed X-ray devices for defectoscopy of metal structures and in pulse generators of nanosecond duration for special applications.

Claims

A gas-filled arrester containing a shell consisting of a metal case in the form of a cup formed by a cylinder and a lid inserted into its upper part, welded at the junction, and an insulator in the form of a hollow truncated cone placed inside the metal case, two electrodes, one of which is fixed to the bottom of the metal casing, and the second on the end surface of the smaller base of the insulator, the other base of which forms a tight connection with the lower part of the cylinder, characterized in that on the outside upper surface part of the cylinder is disposed with a retaining ring eyelet overlapping a junction of the cylinder and the lid, the edge of retaining ring welded to the metal body, e.g., argon-arc welding.