UA93625C2 - Газорозрядна електронна гармата - Google Patents

Abstract

Газорозрядна електронна гармата належить до електронної техніки, а саме до газорозрядних електронних гармат технологічного призначення, і може знайти застосування у спеціальній електрометалургії для електронно-променевої плавки металів та сплавів. Газорозрядна електронна гармата складається з герметичного металевого корпусу, в якому розміщені високовольтний ізолятор, холодний увігнутий катод та співвісний з ним порожнистий анод, до корпусу герметично приєднаний променевід з розміщеними на ньому фокусуючими і відхиляючими котушками, який виконано з двох частин у вигляді коліна, кут повороту другої частини променеводу відносно першої вибрано таким, щоб виключити пряму видимість отвору в аноді для проходження електронного променя з тигля, що знаходиться по центру приєднуваної технологічної камери. Запропонована конструкція газорозрядної електронної гармати більш стабільна в роботі при плавці губчастих матеріалів, порошків, тобто матеріалів, які мають високу газонасиченість, ніж традиційні гармати з термокатодом.

Description

електродів, променевід з системами фокусування і жаючи на наявність плити з каналами для прохо- відхилення променю при проходженні його в тех- дження охолоджуючої води. нологічну камеру. В цих гарматах в результаті бо- Найбільш близьким за технічною суттю і ре- мбардування поверхні катода швидкими частками зультатом, що досягається, до рішення, що заяв- (позитивними іонами і швидкими атомами газу), ляється, є газорозрядна електронна гармата, яка що виникають при прискоренні і перезарядженні складається з герметичного металевого корпусу, в іонів в області катодного падіння потенціалу, утво- якому розміщені високовольтний ізолятор, холод- рюється потік електронів. Регенерація | приско- ний увігнутий катод з розвиненою емісійною пове- рення електронів відбувається в межах розряду за рхнею і співвісний з ним порожнистий анод, донна рахунок високої напруги, що підводиться між ано- частина якого виконана у вигляді плити з канала- дом і катодом. Пучок електронів, що утворюється, ми для охолоджуючої води і отвором для прохо- проходить у технологічну камеру до поверхні, яка дження електронного пучка, а також приєднаний обігрівається, через променевід з системами фо- співісно аноду променевід з розміщеними на ньо- кусування і відхилення пучка. му фокусуючими і відхиляючими котушками. Кана-

Недоліками гармати є: ли для охолоджуючої води виконані всередині тіла - одержання електронного пучка обмеженої плити і зв'язані між собою в єдину систему, розта- потужності і з великим кутом сходження, що шовану навколо отвору для проходження елект- ускладнює його транспортування на значну відс- ронного пучка. Охолоджуюча система виконана з тань; чотирьох каналів, з'єднаних між собою у вигляді - залежність геометрії електронного пучка від квадрата або прямокутника, кожний канал викона- регулювання потужності шляхом зміни тиску робо- ний з можливістю виходу з герметичного метале- чого газу. вого корпусу і оснащений знімною герметичною

При розташуванні гармати на одній вертика- пробкою |41. льній осі з об'єктом, що обігрівається в технологіч- Недоліками прототипу є перегрівання елемен- ній камері, додатково появляються ще два недолі- тів гармати, які знаходяться у зоні прямої видимо-

Ки: сті з поверхні, яка обігрівається в технологічній - попадання у катодний проміжок гармати під камері електронним променем, і попадання у ка- час плавки газів, пари металу і навіть бризок, що тодний проміжок гармати під час плавки газів, пари негативно впливає на працездатність гармати; металу і бризок, тобто ті ж, що і у розглянутому - перегрів конструктивних елементів гармати, вище прикладі. Перегрівання плити має місце, які знаходяться в зоні прямої видимості з поверхні, незважаючи на наявність більш ефективної ніж у що обігрівається електронним променем в техно- попередньому випадку системи охолодження, логічній камері, внаслідок випромінювання з цієї оскільки при використанні газорозрядних гармат поверхні. відстань між катодом і поверхнею, яка обігріваєть-

Відома також газорозрядна електронна гарма- ся променем у технологічній камері, менша, ніж у та, що включає герметичний металевий корпус, в гармат з термокатодом. якому розміщені високовольтний ізолятор, холод- Вказані недоліки можна усунути, якщо розміс- ний увігнутий катод з розвиненою емісійною пове- тити гармату таким чином, щоб виключити пряму рхнею і співісний з ним порожнистий анод, донна видимість її конструктивних елементів з поверхні, частина якого виконана у вигляді плити, яка роз- яка обігрівається електронним променем в техно- ташована в середині анода і має канали для про- логічній камері. Однак, як вже вказувалось вище, у ходження охолоджуючої води | отвір для прохо- цьому випадку зникає можливість використання дження електронного пучка, а також приєднаний електромагнітного перемішування розплаву під співвісний аноду променевід з розміщеними на час плавки. ньому фокусуючими і відхиляючими котушками. В основу винаходу покладено прагнення за-

Канали для проходження охолоджуючої води ви- безпечити в гарматі поворот променя на кут, при конані у вигляді кільцевих зовнішніх проточок і якому вказана пряма видимість буде відсутня. Для розташовані по периметру плити. Між анодом і цього запропонована газорозрядна електронна фокусуючою лінзою розташований магнітний ек- гармата, яка складається з герметичного метале- ран з отвором у центрі, діаметр якого збігається з вого корпусу, в якому розміщено високовольтний діаметром отвору в дні анода (ЗІ. ізолятор, холодний увігнутий катод з розвиненою

Завдяки вдало підібраній геометрії і розмірам емісійною поверхнею і співвісний з ним порожнис- конструктивних елементів гармати вона може фо- тий анод, донна частина якого виконана у вигляді рмувати електронний пучок великої потужності (до плити з каналами для охолоджуючої води, які ви- 500 кВт і більше) з стабільними геометричними і конані всередині тіла плити і зв'язані між собою в енергетичними параметрами. Недоліком гармати єдину систему, розташовану навколо отвору для при її розміщенні на одній вертикальній осі з об'єк- проходження електронного пучка, і до якого співві- том, що обігрівається електронним променем в сне приєднаний магнітний екран, мінімальний діа- технологічній камері, залишаються, як і у поперед- метр отвору в якому співпадає з діаметром отвору ньому випадку, попадання у катодний проміжок в аноді, а також герметично приєднаний до корпу- гармати під час плавки газів, пари металу 1 бри- су променевід з розміщеними на ньому фокусую- зок, а також перегрів конструктивних елементів чими і відхиляючими котушками, у якій, згідно з гармати, які знаходяться в зоні прямої видимості з винаходом, променевід виконано у вигляді коліна, поверхні, яка обігрівається електронним променем кут якого вибрано таким, щоб виключити пряму в технологічній камері. Перегрів має місце, незва- видимість отвору для проходження електронного променя з поверхні, що обігрівається електронним ня променю без торкання стінок променевіда. променем в технологічній камері, і оснащено ко- Стрижні 11 електричне ізольовані від променевіда тушками повороту променю на цій кут, і частину і з зовнішнього боку з'єднані між собою гнучким променевіда, що стикується з технологічною каме- зв'язком з струмознімачем. Фокусуючі котушки 12 рою, змонтовано на одній вертикальній вісі з крис- встановлено на частині 7 променовіда, що стику- талізатором або тиглем в цій камері, причому фо- ється з корпусом гармати, а котушки 13 відхилення кусуючі котушки розташовано на частині променю - на частині 8 променевіда, що стикуєть- променевіда, що стикується з герметичним корпу- ся з технологічною камерою. Для попередження сом гармати, а котушки повороту променю на кут перегріву частини променевіда, поверхня якого коліна і котушки відхилення променю розташовано знаходиться у зоні прямої видимості з поверхні на частині променевіда, що стикується з техноло- об'єкта 9, що обігрівається променем у технологіч- гічною камерою, на цій же частині променевіда ній камері, ця поверхня променевіда футерована поблизу коліна встановлено стрижні з тугоплавко- тугоплавким матеріалом 14. го металу, які електричне ізольовані від промене- Запропонована газорозрядна електронна гар- віда і з зовнішнього боку з'єднані між собою гнуч- мата працює таким чином. Після створення у тех- ким зв'язком з 0 струмознімачем. Частину нологічній камері потрібного вакууму в катодно- променевіда, яка знаходиться у зоні прямої види- анодну порожнину гармати подають робочий газ, а мості з поверхні, що обігрівається електронним на катод 2 - прискорюючу постійну напругу у 20-30 променем в технологічній камері, футерована ту- КВ. При тиску у діапазоні 1072-1 Па виникає тліючий гоплавким матеріалом. розряд, сила струму якого регулюється шляхом

Суть винаходу пояснюється кресленням, на регулювання тиску робочого газу і який приводить якому наведений схематичний розріз газорозряд- до створення електронного пучка. Цей пучок за ної електронної гармати. допомогою фокусуючих котушок 12 поступає у

Газорозрядна гармата містить в герметичному частину променевіда 7, що стикується з камерою металевому корпусі ізолятор 1, на якому закріпле- гармати, а за допомогою котушок повороту проме- ний катод 2 з розвиненою сферичною емісійною ню 10-у частину променевіда 8, що стикується з поверхнею. Катод 2 встановлено співвісне з поро- технологічною камерою. Положення променю ре- жнистим анодом 3, донна частина якого виконана гулюють за допомогою сигналів, які отримують з у вигляді плити 4 з каналами для охолоджуючої стрижнів 11.3 частини 8 променевіда пучок виво- води. Канали зроблені всередині тіла плити і зв'я- диться у технологічну камеру і фокусується на зані між собою в єдину систему, розташовану на- поверхні об'єкта 9, що нагрівається. Процесом вколо отвору 5 для проходження електронного нагрівання поверхні об'єкту 9 можна управляти за пучка. До плити 4 приєднано магнітний екран 6 з допомогою котушок 13, які дозволяють створювати феромагнітної сталі, мінімальний діаметр отвору в різні конфігурації нагріву. якому співпадає з діаметром отвору 5 в аноді і Перевагою запропонованої гармати перед ти- який зменшує поперечний розмір пучка в зоні його ми, що використовуються в промисловості в даний транспортування, що дозволяє зменшити діаметр час, є більша стабільність в роботі при плавці від- каналу, через який пучок транспортується. До кор- ходів виробництва, губчастих матеріалів, порош- пусу гармати герметично приєднано променевід, ків, тобто матеріалів, які мають високу газонасиче- який виконано у вигляді коліна, що складається з ність. Крім того, гармата достатньо проста з точки двох частин, одна з яких 7 з'єднується з корпусом зору конструктивного виконання, що дає змогу її гармати, а друга 8-з технологічною камерою (не виготовлення в умовах більшості підприємств без показано) таким чином, що поверхня об'єкта 9, яка залучення спеціального обладання. обігрівається електронним променем в технологіч- Література ній камері, розташована на одній вертикальній осі 1. Злектронно-лучевая плавка в литейном з частиною 8 променевіда. Кут коліна с між части- производстве / С.В. Ладохин, Н.И. Левицкий, В.Б. нами 7 і 8 променевіда вибирають таким, щоб ви- Чернявский и др. - К.; Изд-во «Сталь», 2007. - С. ключити пряму видимість отвору 5 з поверхні 9, 102-107. яка обігрівається електронним променем в техно- 2. Плазменньюе процессь в технологических логічній камері. Поблизу коліна розміщують котуш- злектронньїх пушках / М.А.Завьялов, Ю.З. Крейн- ки 10 повороту променя на кут с. Для фіксації по- дель, А.А. Новиков, Л.П. Шантурин. "- ложення променю при повороті на кут о в частині М.:Знергоатомиздат, 1989. - С. 97-145. променевіда 8, що стикується з технологічною 3. Патент України Ме 38451, МПК 7 НОТ 37/06, камерою, поблизу коліна встановлено стрижні 11 з Бюл. Мо 1,2004 р. тугоплавкого металу. Кількість і розміщення стри- 4. Патент України Ме 83514, МПК 8 НО1.) 37/06, жнів вибирають з умови забезпечення проходжен- Бюл. Ме 14, 2008 р.

лек ї Хм. й шо х Ж о Ей пон ту Я У ар я ве че дух що Р, й

Меч ви - но Еву К ! їй їй СК дл с ше лоді І ШИ

Ж я, А В й шо У шия чи а -2 3

Шо я вет йт я КУ со тен АЙ й Ше У ую я 7 г Її з ти пд Шок Б иа ех ння тА ес я «т ИН ря ЖЖ. Ши

ПД ши ви ИН ня мин ан» Я в ни кі Мкегя

Я нн, Ше зи. х я Я се й б сто шо ше ж жо вн

Шин со! Га нн НГ пн АН к З Й ! ; й Ши ох рн) ШИНИ | в стро Ма у, лобобоння Ва Ши шк мем пня зИМднея ДЯ я щ

Н її й; її диня

НІ - ін к-т

Фіг. 1

Комп'ютерна верстка І. Скворцова Підписне Тираж 23 прим.

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601