UA113607U

UA113607U - WOOD ROD DRYER IN SOLID BIOFUEL PRODUCTION LINES

Info

Publication number: UA113607U
Application number: UAU201606963U
Authority: UA
Inventors: Інна Василівна Степчук
Original assignee: Інна Василівна Степчук
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2017-02-10

Abstract

Сушарка для сипучого матеріалу оснащена змішувальним пристроєм, що дозволяє значно знизити вологовміст. Пропонується поставити твердопаливний теплогенератор.The dryer for bulk material is equipped with a mixing device, which can significantly reduce the moisture content. It is proposed to install a solid fuel heat generator.

Description

Винахід належить до пристроїв електронно-променевої технології, а точніше до електронно- променевих прожекторів (гармат), які генерують електронний промінь, який використовується для нагрівання, плавки і випаровування матеріалів у вакуумі чи середовищі реактивних газів.The invention belongs to electron-beam technology devices, more precisely to electron-beam projectors (cannons) that generate an electron beam, which is used for heating, melting and vaporizing materials in a vacuum or in an environment of reactive gases.

Поява і широке поширення електронно-променевої технології для плавки та випаровування різних матеріалів пов'язана, в першу чергу, з розробкою і вдосконаленням ключового елемента цієї технології - електронно-променевого прожектора (або гармати), який генерує електронний промінь. В даний час широкого поширення набули два типи електронно-променевих прожекторів, які використовуються для випаровування і плавки матеріалів у вакуумі, - аксіальні, формуючі осесиметричний потік та плоскопроменеві з лінійним термокатодом, в яких первісний плоский пучок електронів перетворюється на циліндричний Мовчан Б.А., Малашенко И.С.The emergence and wide spread of electron beam technology for melting and vaporizing various materials is primarily associated with the development and improvement of the key element of this technology - the electron beam projector (or gun) that generates an electron beam. Currently, two types of electron-beam projectors, which are used for vaporization and melting of materials in a vacuum, have become widespread - axial, forming an axisymmetric flow, and flat-beam with a linear thermocathode, in which the original flat beam of electrons is transformed into a cylindrical Movchan, B.A. I.S. Malashenko

Жаростойкие покрьтия, осаждаємьсе в вакууме. - Киев: Наукова думка, 1983. - 230 с...Heat-resistant coatings, deposited in a vacuum. - Kyiv: Naukova dumka, 1983. - 230 p...

Електронно-променеві прожектори з лінійним термокатодом потужністю до 100...150 кВт мають невеликі розміри, зручні в роботі і широко застосовуються в промислових електронно- променевих установках (4-8 гармат на одній установці) різного призначення, використовуваних для отримання різних покриттів і матеріалів як у вакуумному середовищі, так і в середовищі реактивних газів.Electron beam projectors with a linear thermocathode capacity of up to 100...150 kW are small in size, convenient to operate and are widely used in industrial electron beam installations (4-8 guns on one installation) of various purposes, used to obtain various coatings and materials both in a vacuum environment and in an environment of reactive gases.

Найбільшого поширення набули електронно- променеві прожектори з лінійним термокатодом, розроблені в ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України (Мовчан Б.А., Малашенко И.С.Electron beam projectors with a linear thermocathode, developed at the IEZ named after E.O. Paton of the National Academy of Sciences of Ukraine (B.A. Movchan, I.S. Malashenko

Жаростойкие покрьїтия, осаждаеємьюе в вакууме. - Киев: Наукова думка, 1983. - 230 с.|.Heat-resistant coatings deposited in a vacuum. - Kyiv: Naukova dumka, 1983. - 230 p.|.

Основними конструктивними елементами таких електронно- променевих прожекторів є променевід, що містить відхиляючу електромагнітну систему (електромагнітні котушки фокусування і відхилення електронного променя), із закріпленим на ньому прискорюючим анодом, сполученим високовольтними ізоляторами через катодну плиту з катодним вузлом, що містить лінійний термокатод, закріплений в двох катодотримачах, і співвісно розташований з ним фокусуючий електрод. Променевід і прискорюючий анод є водоохолоджуваними конструкціями прямокутної або круглої форми з отвором (щілиною) в центрі для проходження електронного променя, при цьому лінійний термокатод (катодний вузол) і прискорюючий анод мають спільну оптичну вісь, яка співпадає з оптичною віссю променеводу (тобто, з його вертикальною віссю). Траєкторія руху електронного променя (пучка електронів) всередині ційThe main structural elements of such electron beam projectors are a beam guide containing a deflecting electromagnetic system (electromagnetic coils for focusing and deflecting the electron beam), with an accelerating anode attached to it, connected by high-voltage insulators through a cathode plate to a cathode assembly containing a linear thermocathode fixed in two cathode holders, and a focusing electrode is located coaxially with it. The beam guide and the accelerating anode are water-cooled structures of rectangular or circular shape with a hole (slit) in the center for the passage of an electron beam, while the linear thermocathode (cathode node) and the accelerating anode have a common optical axis that coincides with the optical axis of the beam guide (that is, with its vertical axis). The trajectory of the electron beam (beam of electrons) inside the ion

Зо конструкції співпадає зі спільною оптичною і геометричною віссю центрованих вузлів електронно-променевого прожектора - катодного вузла, прискорюючого анода та променеводу.The design coincides with the common optical and geometric axis of the centered nodes of the electron beam projector - the cathode node, the accelerating anode and the beam guide.

Відхилення електронного променя від вказаної оптичної осі відбувається усередині променеводу за допомогою відхиляючої електромагнітної системи. Подібні електронно- променеві прожектори можуть відхилювати електронний промінь при його виході з променеводу на 25-45 градусів від його оптичної осі, знаходитися на значній відстані від матеріалів, що прогріваються, і розташовуватися в окремих вакуумних камерах, що мають індивідуальні засоби відкачування. Це дозволяє успішно застосовувати їх в промислових електронно-променевих установках для роботи як у вакуумному середовищі, так і в середовищі реактивних газів.The deviation of the electron beam from the specified optical axis occurs inside the beam using the deflecting electromagnetic system. Such electron-beam projectors can deflect the electron beam when it exits the beam by 25-45 degrees from its optical axis, be at a considerable distance from the heated materials, and be located in separate vacuum chambers with individual means of pumping. This allows them to be successfully used in industrial electron-beam installations for work both in a vacuum environment and in an environment of reactive gases.

Основною проблемою більшості відомих електронно-променевих прожекторів з лінійним термокатодом є невисока тривалість стабільної роботи лінійного термокатода, особливо в середовищі реактивних газів (наприклад, кисню), що призводить до необхідності його частої заміни, а також недостатня стабільність заданих параметрів електронного променя (стабільність необхідного розміру фокальної плями на поверхні матеріалів, що нагріваються) впродовж тривалої роботи електронно-променевого прожектора.The main problem of most known electron-beam projectors with a linear thermocathode is the short duration of stable operation of the linear thermocathode, especially in an environment of reactive gases (for example, oxygen), which leads to the need for its frequent replacement, as well as insufficient stability of the specified parameters of the electron beam (stability of the required size focal spot on the surface of heated materials) during long-term operation of the electron beam projector.

Невисока тривалість роботи лінійного термокатода в існуючих електронно-променевих прожекторах обумовлена такими негативними явищами, як: - інтенсивне іонне бомбардування лінійного термокатода, яке виникає в результаті іонізації атомів, яка є найбільш значною при високому тиску залишкових або реактивних газів у вакуумній камері при проведенні технологічного процесу; - осадження на поверхню лінійного термокатода атомів і молекул металевих або керамічних матеріалів, що випаровуються (плавляться) в ході технологічного процесу, які проникають крізь променевід і прискорюючий анод, і їх подальша взаємодія з матеріалом термокатода, що призводить до зміни його фізико-механічних характеристик і руйнуванню; - зміна геометричної форми лінійного термокатода і його положення відносно фокусуючого електрода під дією циклічних процесів нагріву/охолодження в процесі експлуатації з подальшим погіршенням параметрів електронного променя, що генерується.The low duration of operation of the linear thermocathode in existing electron-beam projectors is due to such negative phenomena as: - intense ion bombardment of the linear thermocathode, which occurs as a result of ionization of atoms, which is most significant at high pressure of residual or reactive gases in the vacuum chamber during the technological process ; - deposition on the surface of the linear thermocathode of atoms and molecules of metal or ceramic materials that evaporate (melt) during the technological process, which penetrate through the radiation guide and the accelerating anode, and their further interaction with the material of the thermocathode, which leads to a change in its physical and mechanical characteristics and destruction; - a change in the geometric shape of the linear thermocathode and its position relative to the focusing electrode under the influence of cyclic heating/cooling processes during operation with further deterioration of the parameters of the generated electron beam.

Вдосконалення сучасних електронно-променевих прожекторів направлене на підвищення експлуатаційної довговічності лінійних термокатодів за рахунок мінімізації вказаних негативних явищ.The improvement of modern electron-beam projectors is aimed at increasing the operational durability of linear thermocathodes by minimizing the specified negative phenomena.

У патенті України Мо 40664 "Електронна гармата з лінійнім термокатодом для електронно- променевого нагрівання" від 15.08.2001, автори - М.І. Гречанюк, О.К. Дятлова, ПП. Кучеренко,In the patent of Ukraine Mo 40664 "Electron gun with a linear thermocathode for electron beam heating" dated August 15, 2001, the authors are M.I. Grechaniuk, O.K. Dyatlova, PP. Kucherenko,

Є.Л. Піюк, запропонована конструкція електронної гармати з лінійним термокатодом для електронно- променевого нагрівання, яка містить прискорюючий анод, з'єднаний високовольтними ізоляторами з катодним вузлом, до складу якого входять корпус, плоский ізолятор, змонтований в зазначеному корпусі, лінійний термокатод, встановлений в двох катодотримачах на корпусі, один з яких рухомий і з'єднаний з корпусом через плоский ізолятор за допомогою щонайменше двох струмопровідних пружин кріпильними з'єднаннями, фокусуючий електрод з клемним струмопідводом для подачі на нього регульованого негативного потенціалу відносно співвісно розміщеного лінійного термокатода і охоплюючий двогранною поверхнею вказаний лінійний термокатод, клемні струмопроводи для подачі струму розжарювання, яка відрізняється тим, що рухомий катодотримач приєднаний до корпусу катодного вузла шарнірно. Як стверджують автори патенту, подібна конструкція забезпечує підвищення стабільності положення лінійного термокатода відносно фокусуючого електрода, що підвищує експлуатаційну довговічність лінійного термокатода і підвищує стабільність форми електронного променя.E.L. Piyuk, the proposed design of an electron gun with a linear thermocathode for electron beam heating, which contains an accelerating anode connected by high-voltage insulators to a cathode assembly, which includes a housing, a flat insulator mounted in the specified housing, a linear thermocathode installed in two cathode holders on the housing, one of which is movable and connected to the housing through a flat insulator by means of at least two current-conducting springs by fastening connections, a focusing electrode with a terminal current supply for applying to it an adjustable negative potential relative to a coaxially placed linear thermocathode and covering with a dihedral surface the indicated linear thermocathode, terminal conductors for the supply of incandescent current, which differs in that the movable cathode holder is connected to the body of the cathode unit by a hinge. According to the authors of the patent, such a design provides increased stability of the position of the linear thermocathode relative to the focusing electrode, which increases the service life of the linear thermocathode and increases the stability of the shape of the electron beam.

У патенті США 6,455,990 "Аррагайиз їог єіІесігоп дип етріоуїпд а Шептоіопіс еіІесігоп 5оцгсе" від 24.09.2002 р., автор В.Е. Мепзіпдег, запропонована конструкція електронно-променевого прожектора, в якому між прискорюючим анодом і лінійним термокатодом встановлюється діафрагма - пластина з прорізом, що захищає поверхню лінійного катода від іонного бомбардування і подовжує термін його служби, при цьому пластина контактує з поверхнею лінійного термокатода, будучи з ним одним цілим елементом. Переважним матеріалом для виготовлення діафрагми - пластини є графіт.In the US patent 6,455,990 "Arragaiiz yog eiIesigop dip etriouipd a Sheptoiopis eiIesigop 5otsgse" dated 09/24/2002, author V.E. Mepsipdeg, the proposed design of an electron-beam projector, in which a diaphragm is installed between the accelerating anode and the linear thermocathode - a plate with a slot that protects the surface of the linear cathode from ion bombardment and extends its service life, while the plate is in contact with the surface of the linear thermocathode, being with it one whole element. Graphite is the preferred material for making diaphragm plates.

Найбільш близькою по технічній суті до винаходу, що заявляється, є конструкція електронно-променевого прожектора, описана в патенті України Мо 43927 "Електронна гармата з лінійнім термокатодом для електронно-променевого нагрівання" від 15.01.2002 р., автори -The closest in terms of technical substance to the claimed invention is the design of the electron-beam searchlight, described in the patent of Ukraine Mo 43927 "Electron gun with a linear thermocathode for electron-beam heating" dated January 15, 2002, the authors -

Б.О. Мовчан, О.Я. Гаврілюк. Запропонована електронно- променева гармата з лінійним термокатодом для електронно- променевого нагріву включає променевід із закріпленим на ньому прискорюючим анодом, сполученим високовольтними ізоляторами через катодну плиту з катодним вузлом, що містить лінійний термокатод, закріплений в двох катодотримачах, і фокусуючий електрод, у якій за винаходом променевід відокремлений від прискорюючого анода за допомогою стійок, що забезпечують жорстке закріплення прискорюючого анода на променеводі і утворення простору між ними, причому прискорюючий анод містить жорстко пов'язану з ним пластину для герметичного розділення катодної і променевідної частин гармати.FOR. Movchan, O.Ya. Havrilyuk The proposed electron beam gun with a linear thermocathode for electron beam heating includes a beam guide with an accelerating anode fixed on it, connected by high-voltage insulators through a cathode plate with a cathode assembly containing a linear thermocathode fixed in two cathode holders, and a focusing electrode, in which according to the invention the beam is separated from the accelerating anode with the help of racks that ensure the rigid fixation of the accelerating anode on the beam and the formation of a space between them, and the accelerating anode contains a plate rigidly connected to it for hermetically separating the cathode and beam-guiding parts of the gun.

Така конструкція, в якій катодна і променеводна частина герметично розділені і прискорюючий анод віддалений від променеводу, забезпечує, за твердженням авторів, істотне підвищення стійкості катода проти пошкоджень від іонного бомбардування, особливо при роботі в установках з використанням реактивних газів.Such a design, in which the cathode and beam part are hermetically separated and the accelerating anode is distant from the beam, provides, according to the authors, a significant increase in the resistance of the cathode against damage from ion bombardment, especially when working in installations using reactive gases.

Основним недоліком цієї конструкції, як і всіх інших відомих електронно-променевих прожекторів з лінійними термокатодами, є недостатня захищеність поверхні лінійного термокатода від осадження атомів і молекул матеріалів, що випаровуються або плавляться в ході технологічного процесу, і від іонного бомбардування, яка обумовлена тим, що лінійний термокатод (катодний вузол), прискорюючий анод і променевід мають спільну оптичну (геометричну) вісь. Потік електронів, який генерує лінійний термокатод, прискорюється при русі уздовж цієї осі у напрямку до прискорюючого анода, проходить крізь нього і потім проходить крізь променевід, відхиляючись в ньому від оптичної осі, змінюючи свою форму і траєкторію руху під дією магнітного поля. Подібна конструкція існуючих електронно-променевих прожекторів не здатна забезпечити надійний захист від вищезгаданих негативних явищ, оскільки лінійний термокатод, прискорюючий анод і променевід мають спільну оптичну (геометричну) вісь (тобто розташовані на одній прямій лінії). Атоми/молекули випаровуваних речовин або іони, що потрапили в променевід, далі безперешкодно проникають через прискорюючий анод до поверхні лінійного термокатода і осідають там або бомбардують його поверхню. Зміна положення електронно- променевого прожектора в електронно-променевих установках з метою виключення прямого оптичного контакту між паровим потоком і поверхнею лінійного термокатода, як і віддалення прискорюючого анода від променеводу, у випадку спільної оптичної осі лінійний термокатод-прискорюючий анод-променевід, не дають істотного ефекту.The main drawback of this design, like all other known electron beam projectors with linear thermocathodes, is the insufficient protection of the surface of the linear thermocathode from the deposition of atoms and molecules of materials that evaporate or melt during the technological process, and from ion bombardment, which is due to the fact that a linear thermocathode (cathode assembly), an accelerating anode and a beam guide have a common optical (geometric) axis. The flow of electrons generated by the linear thermocathode accelerates when moving along this axis towards the accelerating anode, passes through it and then passes through the beam, deviating in it from the optical axis, changing its shape and trajectory under the influence of the magnetic field. A similar design of the existing electron-beam projectors is not able to provide reliable protection against the above-mentioned negative phenomena, since the linear thermocathode, the accelerating anode and the beam guide have a common optical (geometric) axis (that is, they are located on the same straight line). Atoms/molecules of vaporized substances or ions that have fallen into the beam then penetrate unhindered through the accelerating anode to the surface of the linear thermocathode and settle there or bombard its surface. Changing the position of the electron beam projector in electron beam installations in order to exclude direct optical contact between the vapor flow and the surface of the linear thermocathode, as well as the distance of the accelerating anode from the beam guide, in the case of a common optical axis linear thermocathode-accelerating anode-beam guide, do not have a significant effect .

Є доцільним подальше вдосконалення електронно- променевого прожектора вести у бо напрямку підвищення захищеності поверхні лінійного термокатода від вищезгаданих негативних явищ, що виникають в процесі експлуатації електронно- променевих прожекторів, за рахунок зміщення поверхні лінійного термокатода від оптичної осі променеводу, тобто шляхом відхилення спільної оптичної осі лінійного термокатода (катодного вузла) і прискорюючого анода від оптичної осі променеводу. задачею даного винаходу є створення електронно- променевого прожектора, що позбавлений згаданих вище недоліків і забезпечує істотне підвищення експлуатаційної довговічності лінійного термокатода.It is expedient to further improve the electron-beam projector in the direction of increasing the protection of the surface of the linear thermocathode from the above-mentioned negative phenomena that occur during the operation of electron-beam projectors, due to the displacement of the surface of the linear thermocathode from the optical axis of the beam, i.e. by deviating the common optical axis of the linear thermocathode (cathode assembly) and accelerating anode from the optical axis of the beam. the task of this invention is to create an electron-beam searchlight that is devoid of the above-mentioned disadvantages and provides a significant increase in the operational durability of a linear thermocathode.

Поставлена задача вирішена тим, що запропонований електронно-променевий прожектор з лінійним термокатодом для електронно-променевого нагріву, що включає променевід, який містить відхиляючу електромагнітну систему, із закріпленим на ньому за допомогою стійок прискорюючим анодом, сполученим високовольтними ізоляторами через катодну плиту з катодним вузлом, що містить лінійний термокатод, закріплений в катодотримачах, і фокусуючий електрод, при цьому прискорюючий анод містить жорстко пов'язану з ним пластину для герметичного розділення катодної і променевідної частин прожектора, в якому, за винаходом, спільна оптична вісь катодного вузла і прискорюючого анода відхилена від оптичної осі променеводу на кут «а, що дорівнює 10--30".The problem is solved by the fact that the proposed electron-beam searchlight with a linear thermocathode for electron-beam heating, which includes a beam guide that contains a deflecting electromagnetic system, with an accelerating anode fixed on it with the help of racks, connected by high-voltage insulators through the cathode plate to the cathode assembly, containing a linear thermocathode fixed in cathode holders and a focusing electrode, while the accelerating anode contains a plate rigidly connected to it for hermetically separating the cathode and light-guiding parts of the projector, in which, according to the invention, the common optical axis of the cathode assembly and the accelerating anode is deviated from of the optical axis of the ray guide to the angle "a, which is equal to 10--30".

У відомих конструкціях електронних прожекторів з лінійним термокатодом сформований електричним полем в просторі між лінійним катодом та прискорюючим анодом плоскопаралельний електронний промінь рухається уздовж єдиної оптичної осі, яка співпадає з геометричною віссю лінійного катода - прискорюючого анода - променеводу. Тому немає можливості надійно захистити лінійний термокатод від бомбардування потоком іонів або попадання на його робочу поверхню атомів і молекул парового потоку матеріалів, що плавляться або випаровуються.In known designs of electronic spotlights with a linear thermocathode, a plane-parallel electron beam formed by the electric field in the space between the linear cathode and the accelerating anode moves along a single optical axis, which coincides with the geometric axis of the linear cathode - accelerating anode - ray guide. Therefore, there is no way to reliably protect the linear thermocathode from being bombarded by a flow of ions or from atoms and molecules of a vapor stream of melting or evaporating materials hitting its working surface.

У пристрої за винаходом ця можливість захисту лінійного термокатода з'являється завдяки відхиленню оптичної осі лінійного катода - прискорюючого анода, вздовж якої прискорюється потік електронів, що генеруються лінійним термокатодом, від оптичної осі променеводу (його геометричної осі) за рахунок зміни положення (нахилу) катодного вузла і прискорюючого анода відносно променеводу.In the device according to the invention, this possibility of protecting the linear thermocathode appears due to the deviation of the optical axis of the linear cathode - the accelerating anode, along which the flow of electrons generated by the linear thermocathode is accelerated, from the optical axis of the beam (its geometric axis) due to the change in the position (inclination) of the cathode node and the accelerating anode relative to the ray guide.

Завдяки такій конструкції довговічність лінійного термокатода істотно зростає за рахунокThanks to this design, the durability of the linear thermocathode increases significantly due to

Зо його видалення із зони бомбардування потоком іонів і виключення попадання на його робочу поверхню атомів і молекул парового потоку матеріалів, що плавляться або випаровуваються.By removing it from the zone of bombardment with a stream of ions and excluding atoms and molecules of the vapor stream of melting or evaporating materials from hitting its working surface.

Технічна суть і принцип дії винаходу пояснюються на прикладах виконання з посиланнями на додані креслення.The technical essence and principle of operation of the invention are explained by examples of implementation with references to the attached drawings.

На Фіг. 1 представлена схема часткового поперечного (а) та подовжнього (б) перетинів електронно-променевого прожектора з лінійним термокатодом за винаходом.In Fig. 1 shows a diagram of partial transverse (a) and longitudinal (b) sections of an electron beam projector with a linear thermocathode according to the invention.

На Фіг. 2 представлена схема часткового поперечного перетину традиційного електронно- променевого прожектора з лінійним термокатодом.In Fig. 2 shows a diagram of a partial cross-section of a traditional electron beam projector with a linear thermocathode.

На Фіг. З представлений графік довговічності роботи лінійного термокатода при випробуваннях в електронно-променевому прожекторі за винаходом залежно від кута нахилу оптичної осі катодного вузла і прискорюючого анода відносно оптичної осі променеводу при випаровуванні металевих зливків Мі-18 95 Сі-12 95 АІ-0,3 95 М діаметром 68,5 мм при струмі 1,5In Fig. C presents a graph of the durability of the linear thermocathode during tests in the electron beam projector according to the invention, depending on the angle of inclination of the optical axis of the cathode assembly and the accelerating anode relative to the optical axis of the beam during evaporation of metal ingots Mi-18 95 Si-12 95 AI-0.3 95 М with a diameter of 68.5 mm at a current of 1.5

А.AND.

На Фіг. 4 представлений зовнішній вигляд робочої поверхні лінійного термокатода після експлуатації в традиційному електронно-променевому прожекторі (а) і електронно-променевому прожекторі (б) за винаходом, після випаровування керамічних зливків 27О2-8 95 М2Оз діаметром 68,5 мм при струмі 1,6 А протягом відповідно 32 і 96 годин.In Fig. 4 shows the appearance of the working surface of a linear thermocathode after operation in a traditional electron-beam projector (a) and an electron-beam projector (b) according to the invention, after evaporation of ceramic ingots 27O2-8 95 M2Oz with a diameter of 68.5 mm at a current of 1.6 A within 32 and 96 hours, respectively.

Запропонований електронно-променевий прожектор з лінійним термокатодом (Фіг. 1) для електронно- променевого нагріву складається з променеводу 1, який містить відхиляючу електромагнітну систему 2, із закріпленим на ньому за допомогою стійок 10 прискорюючим анодом 3, сполученим високовольтними ізоляторами 4 через катодну плиту 5 з катодним вузлом б, що містить лінійний термокатод 7, закріплений в катодотримачах 8, і фокусуючий електрод 9, при цьому прискорюючий анод З містить жорстко пов'язану з ним пластину 11 для герметичного розділення катодної і променеводної частин прожектора, в якому, за винаходом, спільна оптична вісь катодного вузла і прискорюючого анода відхилена від оптичної осі променеводу на кут а, що дорівнює 10--30".The proposed electron-beam searchlight with a linear thermocathode (Fig. 1) for electron-beam heating consists of a beam 1, which contains a deflecting electromagnetic system 2, with an accelerating anode 3 fixed on it with the help of racks 10, connected by high-voltage insulators 4 through a cathode plate 5 with a cathode assembly b containing a linear thermocathode 7 fixed in cathode holders 8 and a focusing electrode 9, while the accelerating anode C contains a plate 11 rigidly connected to it for hermetically separating the cathode and light-conducting parts of the projector, in which, according to the invention, the common optical axis of the cathode node and the accelerating anode is deviated from the optical axis of the ray guide by an angle a equal to 10--30".

Як видно з креслень, що додаються, і наведеного опису, в запропонованій конструкції електронно- променевого прожектора з лінійним термокатодом, на відміну від реальної конструкції прототипу (Фіг. 2), катодний вузол і прискорюючий анод розташовуються під кутом а до вертикальної осі променеводу, тобто їхня спільна оптична вісь відхилена від оптичної осі бо променеводу на кут а, що дорівнює 10--30".As can be seen from the attached drawings and the given description, in the proposed design of an electron-beam searchlight with a linear thermocathode, unlike the real design of the prototype (Fig. 2), the cathode assembly and the accelerating anode are located at an angle a to the vertical axis of the beam, i.e. their common optical axis is deviated from the optical axis of the ray guide by an angle a equal to 10--30".

Пристрій працює таким чином:The device works as follows:

При подачі на електронно- променевий прожектор напруги від джерела живлення струм розжарювання, проходячи крізь катодотримачі 8 та лінійний термокатод 7, нагріває його до температури, при якій відбувається термоелектронна емісія. Одночасно з цим на катодний вузол б подається висока напруга (негативний потенціал) від високовольтного джерела живлення. Електрони, які вилетіли з поверхні лінійного термокатода, прискорюються уздовж оптичної осі катодного вузла-прискорюючого анода в електричному полі, прикладеному між катодним вузлом б та прискорюючим анодом 3, які електрично розділені високовольтними ізоляторами 4. Пройшовши крізь прискорюючий анод, електронний промінь рухається за інерцією по спільній оптичній осі катодного вузла-прискорюючого анода, потрапляючи в променевід 1 під кутом а до його оптичної осі. Відхиляюча електромагнітна система 2 забезпечує відхилення траєкторії електронного променя на необхідний кут при його виході з променеводу. При цьому основні параметри променя (розмір фокальної плями, питома потужність і тому подібне) і його керування в двох координатах залишаються незмінними.When voltage is applied to the electron beam searchlight from the power source, the incandescent current, passing through the cathode holders 8 and the linear thermocathode 7, heats it up to the temperature at which thermoelectron emission occurs. At the same time, a high voltage (negative potential) is applied to the cathode node b from a high-voltage power source. Electrons that have flown from the surface of the linear thermocathode are accelerated along the optical axis of the cathode node-accelerating anode in the electric field applied between the cathode node b and the accelerating anode 3, which are electrically separated by high-voltage insulators 4. After passing through the accelerating anode, the electron beam moves by inertia along to the common optical axis of the cathode node-accelerating anode, entering the beam 1 at an angle a to its optical axis. Deflecting electromagnetic system 2 ensures the deflection of the trajectory of the electron beam by the required angle when it exits the beam. At the same time, the main parameters of the beam (focal spot size, specific power, etc.) and its control in two coordinates remain unchanged.

Розташування лінійного термокатода в запропонованій конструкції забезпечує мінімізацію негативної дії на нього потоку іонів і виключає попадання на його поверхню атомів і молекул випаровуваних матеріалів при проведенні технологічних процесів плавки і випаровування. Це забезпечує істотне (у 3-3,2 разу) збільшення терміну служби лінійного термокатода, вищу стабільність електронно-оптичних параметрів. Найбільший ефект застосування заявленого електронно- променевого прожектора з лінійним термокатодом досягається у випадках, коли потрібний тривалий час роботи електронно-променевої установки без розгерметизації камери і заміни термокатода в разі процесів плавки і випаровування в середовищі реактивних газів, наприклад, кисню.The location of the linear thermocathode in the proposed design ensures the minimization of the negative effect of the flow of ions on it and excludes the ingress of atoms and molecules of evaporated materials on its surface during the technological processes of melting and evaporation. This ensures a significant (by 3-3.2 times) increase in the service life of the linear thermocathode, higher stability of the electronic-optical parameters. The greatest effect of the application of the declared electron beam projector with a linear thermocathode is achieved in cases where a long time of operation of the electron beam installation is required without depressurizing the chamber and replacing the thermocathode in the case of melting and evaporation processes in the environment of reactive gases, for example, oxygen.

Приклад 1Example 1

Електронно-променевий прожектор типу ПЕ-123 потужністю 60 кВт із стандартним лінійним термокатодом (вольфрамова пластина розміром 100х3х0,6 мм) був встановлений в електронно-променевій установці типа УЕ-207 і використовувався для випару зливків сплаву типу СДП-1 (Мі-18 95 Сті-12 95 АІ-0,2 95 У) діаметром 68,5 мм, розміщених у водоохолоджуваному мідному тиглі діаметром 70 мм. Відстань від площини променеводу до поверхні тигля складала 680 мм. Кут відхилення спільної оптичної осі катодного вузла і прискорюючого анода відносно оптичної осі променеводу змінювався в межах від 0? до 30". Тиск залишкових газів в робочій камері установки під час випаровування зливків знаходився на рівні 2х102 Па, прискорююча напруга - 20 кВ, струм променя для випаровування - 1,5 А.The PE-123 type electron beam projector with a power of 60 kW with a standard linear thermocathode (tungsten plate measuring 100x3x0.6 mm) was installed in an electron beam unit of the UE-207 type and was used to vaporize ingots of the SDP-1 type alloy (Mi-18 95 Sti-12 95 AI-0.2 95 U) with a diameter of 68.5 mm, placed in a water-cooled copper crucible with a diameter of 70 mm. The distance from the plane of the ray guide to the surface of the crucible was 680 mm. The angle of deviation of the common optical axis of the cathode node and the accelerating anode relative to the optical axis of the ray guide varied from 0? to 30". The pressure of the residual gases in the working chamber of the installation during the vaporization of ingots was at the level of 2x102 Pa, the accelerating voltage was 20 kV, and the beam current for vaporization was 1.5 A.

Фіксувався час напрацювання лінійного термокатода при струмі випаровування, випробування припинялися після зміни (порушення) форми електронного променя, при якому ставало неможливим проведення процесу випаровування.The working time of the linear thermocathode at the evaporation current was fixed, the tests were stopped after the change (disruption) of the shape of the electron beam, when it became impossible to carry out the evaporation process.

Результати проведених випробувань, що представлені на Фіг. 3, показують, що максимальне збільшення довговічності лінійного термокатода досягається при кутах відхилення спільної оптичної осі катодного вузла і прискорюючого анода по відношенню до оптичної осі променеводу в інтервалі 20-25".The results of the tests presented in Fig. 3, show that the maximum increase in the durability of a linear thermocathode is achieved at angles of deviation of the common optical axis of the cathode assembly and the accelerating anode in relation to the optical axis of the ray guide in the range of 20-25".

ПРИКЛАД 2EXAMPLE 2

Електронно-променевий прожектор типу ПЕ-123 потужністю 60 кВт із стандартним лінійним термокатодом (вольфрамова пластина розміром 100х3х0,6 мм) був встановлений в електронно-променевій установці типа УЕ-202 і використовувався для випару керамічних злитків типу 2702-8 95у20Оз діаметром 68,5 мм, розміщених у водоохолоджуваному мідному тиглі діаметром 70 мм.An electron beam projector of the PE-123 type with a power of 60 kW with a standard linear thermocathode (tungsten plate measuring 100x3x0.6 mm) was installed in an electron beam unit of the UE-202 type and was used to vaporize ceramic ingots of the 2702-8 type 95u20Oz with a diameter of 68.5 mm, placed in a water-cooled copper crucible with a diameter of 70 mm.

Кут відхилення спільної оптичної осі катодного вузла і прискорюючого анода відносно оптичної осі променеводу складав 20", кут відхилення пучка електронів на виході з променеводу від електронної оптичної осі променеводу також складав 20". Тиск залишкових газів в робочій камері установки під час випаровування зливків знаходився на рівні 5х102 Па, прискорююча напруга - 20 КВ, струм променя для випаровування - 1,6 А. В процесі випаровування робочу камеру установки подавався кисень в об'ємі близько 200 см3/хв. Зафіксований середній час роботи лінійного термокатода електронно- променевого прожектора при цьому струмі склав 95 годин, випробування припинені у зв'язку з погіршенням геометричних параметрів променя, через що неможливо було вести стабільне випаровування.The angle of deviation of the common optical axis of the cathode assembly and the accelerating anode relative to the optical axis of the beam was 20", the angle of deviation of the electron beam at the exit from the beam from the electron optical axis of the beam was also 20". The pressure of the residual gases in the working chamber of the installation during evaporation of the ingots was at the level of 5x102 Pa, the accelerating voltage was 20 KV, the beam current for evaporation was 1.6 A. During the evaporation process, oxygen was supplied to the working chamber of the installation in a volume of about 200 cm3/min . The recorded average time of operation of the linear thermocathode of the electron beam projector at this current was 95 hours, the tests were stopped due to the deterioration of the geometric parameters of the beam, which made it impossible to conduct stable evaporation.

Як базове значення для порівняння використовувалися результати аналогічних випробувань стандартного лінійного термокатода тих самих розмірів традиційного електронно-променевого прожектора типу ПЕ-123, в якому оптична вісь катодного вузла, прискорюючого анода і променеводу збігалися, встановленого в електронно-променевій установці УЄ-202 (позиції всіх випробуваних гармат в установці УЕ-202 і всі технологічні параметри випару зливків були ідентичні).As a base value for comparison, the results of similar tests of a standard linear thermocathode of the same dimensions of a traditional PE-123 type electron beam projector, in which the optical axis of the cathode assembly, accelerating anode, and beam coincided, installed in the UE-202 electron beam installation (positions of all of the tested guns in the UE-202 installation and all technological parameters of ingot evaporation were identical).

Зафіксований середній час роботи лінійного термокатода традиційного електронно- променевого прожектора склав 30 годин, випробування припинені у зв'язку з погіршенням геометричних параметрів променя, через що неможливо було вести стабільне випаровування.The recorded average time of operation of the linear thermocathode of the traditional electron beam projector was 30 hours, the tests were stopped due to the deterioration of the geometrical parameters of the beam, which made it impossible to conduct stable evaporation.

Зовнішній вигляд лінійних термокатодів після випробувань традиційного електронно- променевого прожектора і електронно-променевого прожектора, що заявляється, представлені на Фіг. 4. Характерною особливістю пошкодження поверхні лінійного термокатода традиційного електронно- променевого прожектора є наявність ерозійних пошкоджень в центральній зоні термокатода і осадження на його поверхні випаровуваного матеріалу (кераміки на основі діоксиду цирконію). Поверхня лінійного термокатода електронно-променевого прожектора, що заявляється, не мала слідів випаровуваного матеріалу, спостерігався лише незначний вплив від дії іонного бомбардування уздовж поверхні термокатода.The appearance of linear thermocathodes after tests of a traditional electron-beam projector and the proposed electron-beam projector are presented in Fig. 4. A characteristic feature of damage to the surface of the linear thermocathode of a traditional electron beam projector is the presence of erosion damage in the central zone of the thermocathode and the deposition of evaporated material (ceramics based on zirconium dioxide) on its surface. The surface of the linear thermocathode of the claimed electron beam projector had no traces of vaporized material, only a slight effect of ion bombardment along the surface of the thermocathode was observed.

Вказаний позитивний ефект досягається завдяки розташуванню катодного вузла і прискорюючого анода таким чином, що їх спільна електронна оптична вісь відхилена під кутом до електронної оптичної осі променеводу, завдяки чому поверхня лінійного термокатода видалена із зони, де спостерігається інтенсивне іонне бомбардування і осадження випарованих матеріалів.This positive effect is achieved due to the location of the cathode assembly and the accelerating anode in such a way that their common electronic optical axis is deflected at an angle to the electronic optical axis of the beam, due to which the surface of the linear thermocathode is removed from the zone where intense ion bombardment and deposition of vaporized materials are observed.

Claims

20 FORMULA OF THE INVENTION Electron-beam projector with a linear thermocathode for electron-beam heating, consisting of a beam (1) that contains a deflecting electromagnetic system (2), with an accelerating anode (3) fixed on it with the help of racks (10) , connected by 25 high-voltage insulators (4) through the cathode plate (5) to the cathode assembly (b), which contains a linear thermocathode (7) fixed in the cathode holders (8) and a focusing electrode (9), while the accelerating anode (3) contains a hermetically sealed plate (11) rigidly connected to it for hermetically separating the cathode and light guide parts of the projector, which is characterized by the fact that the cathode assembly (6), the accelerating anode (3) and the light guide (1) are placed so that the common optical axis Zo of the cathode node (b) and the accelerating anode (3) is deviated from the optical axis of the ray guide by an angle c equal to 10--30". Hey she Tuya 5 "ran. her.

Scheme of partial transverse (3) and longitudinal (b) sections. epektron-flame spotlight with a dynamic thermocathode according to the invention.

and A HORSES that Pae Soeon Ne . che BO I V k Ben BK yah, She. Z She Ks Z Me GY poyueeeh o S Vuodozav osi p M Z she,

MA. nt Orly teYA Yu: ; pyt Ж PU VA She a CY B Y i Y r eV still pn g: "Vig.

2. Schematic of a partial cross-section of a traditional epektron beam projector with a lava thermocathode. their

E. yin ya shin EL SCHI nin OO shin. h im kny ny RYN VEDI NN M POKY NAAN KONONKO i x 3 4 Ii i

Fig. 3. Longevity of linear thermocathode operation during tests in an electron beam projector, depending on the angle of inclination of the common optical axis of the cathode node and the accelerating anode to the optical axis of the beam during evaporation of MiI-18 75 St-1295 DI metal alloys.

3 U U with a diameter of 58.5 mm at a current of 1.5 A. Z - Angle of inclination 0; 2 - Angle of inclination NO; C - Angle of inclination 18; 4 - Angle of inclination DE; 5-kInclination angle 257; 6 - angle of inclination MORE.

with o. . M OO o. about OKO Kon. s B HU he MAY B F shsh sh : nn o I owls a I i | Ж pe С ЗАКК Ох SOKU денья С МКК о

I would ВХ poyaee -х ХХХ MY OO s PT Z. OKH Z Я t PKP he v KK ОИ ВХ Ж о. with. i PEKOENNV o what Eh I her 1" she s y ! o

Fk.

4. The appearance of the working surface of a linear thermocathode after operation in a traditional apectron-beam searchlight (a) and a gpectron-beam searchlight according to the invention (b) evaporation song of ceramic ingots 2гО5-8 553 with a diameter of 68.0 ma at a current of 1.А during 32186, respectively fed