Способ изготовления разрядника

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при изготовлении высоковольтных газоразрядных приборов, например металлокерамических разрядников для малогабаритных импульсных ускорителей.

Разрядники широко используются в ускорительной технике для коммутации сильноточных высоковольтных цепей. К коммутирующим разрядникам (особенно к тем, которые работают в каскадных генераторах Аркадьева-Маркса, Фитча и др.) предъявляются требования малого разброса среднего значения напряжения пробоев одного разрядника относительно другого, что можно обеспечить при использовании оптимального способа изготовления разрядников.

Известен способ изготовления разрядника (Патент RU №2231161 «Способ изготовления разрядника», Зорин A.M., опубликован 20.06.2004, МПК H01J 17/02), который заключается в сборке электродных узлов, размещении каждого узла на отшлифованный по плоскостям цилиндр и накрывании узла фиксирующим стаканом с отверстием. После этого по плоскости электрода, выступающей из отверстия стакана, производят деформацию чашки электрода до устранения кривизны рабочей поверхности электрода, затем впаивают узлы в корпус прибора.

Недостатком данного способа является сложность обеспечения заявленной точности выполнения размеров деталей (указана неплоскостность электродов не более 0.01-0.015 мм). Практически такая точность при изготовлении и корректировке формы штампованных деталей недостижима из-за упругости материала, остаточных напряжений, деформациях при пайке и т.д. Технологические допуски на размеры деталей, изготовленных штамповкой, составляют 0.1-0.2 мм, что приведет к суммарной непараллельности двух электродов 0.2-0.4 мм.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления разрядника (Киселев Ю.В., Черепанов В.П. Искровые разрядники. - Москва: Советское радио, 1976. - С. 65-66), согласно которому изолятор соединяют с коваровым корпусом с помощью охватывающего спая; анод припаивают к торцу малого основания изолятора; катодный узел приваривается аргонодуговой сваркой к корпусу. Катодный узел представляет собой крышку, сквозь отверстие в которой проходит вывод со штенгелем, а с внутренней стороны припаян катод. Длины всех деталей и межэлектродного зазора образуют многозвенную замкнутую размерную цепь, а длина межэлектродного зазора является замыкающим звеном этой цепи.

Недостатком данного способа является то, что независимо от порядка сборки разрядника, поле допуска длины межэлектродного зазора определяется как сумма допусков на длины всех деталей разрядника (число которых в приведенном примере равно семи). Для обеспечения точных зазоров требуется уменьшать эту сумму, что приведет к ужесточению допусков на отдельные детали вплоть до 6-7 квалитета, усложнению процесса изготовления и сильному удорожанию деталей и всего разрядника.

Задачей данного изобретения являлось создание высокопроизводительного способа изготовления разрядников с хорошей повторяемостью средних значений напряжения пробоя.

Техническим результатом является снижение поля допуска на длину межэлектродного зазора при изготовлении деталей разрядника с точностью размеров по 12-14 квалитету.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом изготовления разрядников, согласно которому детали разрядника соединяют таким образом, что длины A₀…A_N всех деталей и межэлектродного зазора образуют многозвенную замкнутую размерную цепь, где N - количество деталей, длина A₀ межэлектродного зазора является замыкающим звеном этой цепи, новым является то, что в первую очередь собирают два промежуточных узла разрядника, в состав которых входят все детали разрядника, кроме завершающей детали длиной A_m, где 1≤m≤N, длины узлов являются размерными звеньями с фактическими величинами L₁ и L₂, номинальное значение длины A_mном завершающей детали выбирают исходя из равенства , где A_0ном - номинальная длина межэлектродного зазора, размер звена положительный, если это звено является увеличивающим межэлектродный зазор A₀, и отрицательный, если звено является уменьшающим, завершающую деталь с фактической длиной A_mфакт соединяют с промежуточным узлом длиной L₁, замеряют размер , рассчитывают фактическую длину A_0факт межэлектродного зазора, равную , затем осуществляют окончательную сборку разрядника путем соединения завершающей детали со вторым промежуточным узлом и производят закачку разрядника рабочим газом, причем давление газа рассчитывают по формуле , где P_ном - номинальное давление газа.

Сборка двух узлов с известными фактическими длинами и наличие завершающей детали, длина которой рассчитывается по приведенной формуле, позволяет уменьшить поле допуска длины межэлектродного зазора до величины только одного допуска на длину завершающей детали. При этом величины допусков на длины всех остальных деталей разрядника выбираются по 12-14 квалитету согласно только технологическим требованиям на пайку, сварку и т.д., что значительно снижает трудозатраты изготовления деталей по сравнению с выполнением их длины по 6-7 квалитету. Затраты времени на замер фактических размеров узлов в условиях мелкосерийного, единичного и экспериментального производства незначительны и несравнимо меньше времени изготовления деталей и сборки разрядника.

Выбор номинального значения длины A_mном завершающей детали из равенства позволяет в качестве завершающей детали использовать любую удобную для данной конструкции разрядника деталь и рассчитать ее длину, при которой обеспечивается требуемая длина межэлектродного зазора.

Корректировка давления рабочего газа по формуле позволяет компенсировать изменение размеров деталей и узлов разрядника при их деформации после соединения методами пайки и сварки.

Таким образом, в данном изобретении использование перечисленных отличительных признаков приводит к реализации указанного технического результата.

На фиг. 1 показан компактный металлокерамический разрядник и его размерная цепь, где:

1 - фланец;

2 - манжета;

3 - изолятор;

4 - переходник;

5 - электрод (катод);

6 - электрод (анод);

7 - крышка;

8 - корпус;

A₁-A₈ - длины деталей;

А₀ - длина межэлектродного зазора.

На фиг. 2 и фиг. 3 показаны два варианта сборки разрядника при выборе в качестве завершающей детали поз. 8 и поз. 6 соответственно, где:

L₁ - длина первого узла;

L₂ - длина второго узла;

L₃ - размер, замеряемый перед окончательной сборкой.

Согласно фиг. 2, где в качестве завершающей детали используется корпус поз. 8, в равенстве его членами являются:

- A_mном (A_8ном) - увеличивающее звено (поскольку с его увеличением длина межэлектродного зазора A₀ растет) с положительным значением;

- L₁ - уменьшающее (с его увеличением длина межэлектродного зазора A₀ уменьшается) с отрицательным значением;

- L₂ - тоже уменьшающее с отрицательным значением.

В этом случае равенство приобретает вид и, соответственно, .

Справедливость полученного равенства иллюстрируется рисунком на фиг. 2, где размер (A_8ном является длиной корпуса и, как это видно из рисунка, равен сумме абсолютных значений длин L₁, L₂ промежуточных узлов и длины A_0ном межэлектродного зазора.

Во втором примере, приведенном на фиг. 3, показан вариант сборки, при котором завершающей деталью является электрод поз. 6. В этом случае члены равенства следующие:

- A_mном (A_6ном) - уменьшающее звено с отрицательным значением;

- L₁ - увеличивающее звено с положительным значением;

- L₂ - уменьшающее звено с отрицательным значением.

Равенство приобретает следующий вид: , и, соответственно, , что наглядно подтверждается рисунком на фиг. 3.

Таким образом, приведенное равенство позволяет рассчитать длину завершающей детали в разряднике любой конструкции. При этом допуск на величину межэлектродного зазора будет равен только допуску на длину A_m завершающей детали.

С применением заявленного способа была изготовлена партия импульсных металлокерамических разрядников с конструкцией, приведенной на фиг. 1. Диаметр разрядников равен 50 мм, длина - 66 мм, длина межэлектродного зазора - 5 мм, номинальное напряжение пробоя разрядников равно 200 кВ. Количество разрядников в партии - 30 шт.

Сборка каждого разрядника производилась при следующей последовательности действий (фиг. 2):

- изготовление деталей разрядника; при этом завершающая деталь (корпус поз. 8) была выполнена с припуском, который позволял впоследствии доработать ее согласно рассчитанной номинальной длине;

- пайка и сварка узла катода, состоящего из деталей поз. 1, 2, 3, 4, 5;

- сварка узла анода, состоящего из деталей поз. 6, 7;

- замеры длин узла катода (L₁) и узла анода (L₂);

- расчет номинальной длины A_8ном корпуса поз. 8, доработка корпуса;

- сварка узла катода и корпуса поз. 8;

- замер размера L₃;

- расчет фактической длины межэлектродного зазора;

- расчет корректированного давления рабочего газа;

- приварка анодного узла к корпусу;

- заполнение разрядника газом и отпайка.

При изготовлении разрядников деталей с допусками по 12-14 квалитету, фактическая длина межэлектродного зазора отличалась от номинальной не более чем на ± 0.1 мм. Средние напряжения пробоя в партии составляли 200±8 кВ с вероятностью 0,95. Относительная ошибка напряжений пробоя равна 4%, что примерно в 2-3 раза меньше, чем в устройстве по прототипу.