一种具有双锥度密封结构的高功率气体开关的制作方法

本实用新型属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种具有双锥度密封结构的高功率气体开关。

背景技术：
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高功率气体开关由于具有结构简单、导通电压范围宽、导通电流大、可重频运行和较高的di/dt等优点，在闪光X射线照相、核爆模拟、惯性约束聚变、自由电子激光、高功率微波等领域有着广泛的应用。气体开关导通电压服从U_b＝f(pd)的规律，即放电电压U_b几乎唯一取决于气体压强与电极间隙的乘积，该定律称为巴申定律，既适合于汤生放电，也适合流注放电。当pd值较大时，即工作在巴申曲线的右侧时，气体的击穿电压可以用下式估算：

其中，U_b,min为巴申曲线的最低处电压值，p为压强，d为电极间距。

对于开关结构一定的气体开关，开关内电场分布和开关电极间距d保持不变，气体压强是决定开关导通电压的唯一参数，因此密封性能的好坏是开关能否正常工作的关键技术。随着高功率微波技术的发展，气体开关在军事领域也得到了越来越多的应用，目前气体开关的击穿电压的需求达到了MV量级，由此对应的开关内SF₆类高击穿电压气体的充气气压要求达到了0.5MPa，同时为了保证开关的散热特性，开关体积又不能太小，其直径接近400mm。在大的开关直径条件下，高温、低温及低气压等军用环境条件下，开关的热胀冷缩及形变导致密封性能无法保证，因此如何确保高功率开关在各种环境条件下密封可靠性是该类开关研制的一项核心技术。

目前，现有的高功率气体开关采用轴向密封设计，如图1所示，开关包括高压电极1、高压侧开关筒2、密封圈3、低压侧开关筒4、和低压电极5组成，密封圈3安装在高压侧开关筒2的密封圈凹槽内，高压侧开关筒2和低压侧开关筒4通过螺钉连接在一起，通过上紧螺钉使得密封圈3产生预紧力，与低压侧开关筒4接触，而达到初始密封。当压力升高时，密封圈3能产生足够的回弹力而达到密封要求。此种密封方式，在开关体积较小、密封圈直径小于100mm条件下，密封性能较好，可以满足不同的环境适应性要求。但在实际使用过程中，用于开关外部密封的密封圈直径近400mm，同时高压侧开关筒和低压侧开关筒由于采用尼龙或高分子材料等绝缘部件，当温度发生变化时产生热胀冷缩，开关在轴向、径向均会产生较大形变，导致密封圈无法通过弹性形变补偿该形变，产生气体泄漏，因此开关无法满足高低温环境下的工作条件，不能满足军工产品的环境适应性要求。

技术实现要素：
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本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种具有双锥度密封结构的高功率气体开关，以实现在军用标准要求的环境温度下开关密封可靠及结构简单的设计要求。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种具有双锥度密封结构的高功率气 体开关，所述气体开关包括高压电极1、高压侧开关筒2、上锥度密封圈3、下锥度密封圈4、低压侧开关筒5、低压电极6；在高压侧开关筒2上设计有锥形凹槽，在低压侧开关筒5上设计有锥形凸台，所述锥形凸台的位置与锥形凹槽的位置相对应；在锥形凸台上下两侧的锥面上分别留有密封槽用于放置上锥度密封圈3和下锥度密封圈4，实现双锥度密封；所述高压侧开关筒2和低压侧开关筒5通过螺栓拉紧，贴合在一起，锥形凸台上下两侧的密封圈与锥形凹槽的两侧锥面分别接触形成双层密封，并且低压侧开关筒5的锥形凸台与高压侧开关筒2的锥形凹槽相互配合起到限位的作用。

进一步地，所述锥形凹槽的深度大于或者等于所述锥形凸台的高度，锥形凹槽与锥形凸台的锥面角度相同，锥面与轴向方向角度成15°～30°角。

进一步地，所述高压侧开关筒2和低压侧开关筒5的材料为塑料或高分子聚乙烯，只要其满足开关两端电压的绝缘耐压要求，其适用于大尺寸结构效果更佳。

本实用新型的技术方案具有以下优点：

1.开关采用双密封圈进行密封，密封效果好；

2.将传统密封圈受轴向预紧力密封的方式，更改为径向和轴向同时受力密封，当温度发生变化条件下，无论开关筒发生轴向或是径向形变，至少有一侧密封圈保证密封效果，开关工作可靠性高；

3.高压侧开关筒锥形凹槽和低压侧开关筒锥形凸台不仅用于密封，还可以起到限位，提高了高功率开关的安装精度；

4.开关结构简单，设计、制造、安装方便，密封效果良好。

附图说明

图1为现有常规密封结构的高功率气体开关；

1.高压电极、2.高压侧开关筒、3.密封圈、4.低压侧开关筒、5.低压电极。

图2为本实用新型具有双锥度密封结构的高功率气体开关；

1.高压电极、2.高压侧开关筒、3.上锥度密封圈、4.下锥度密封圈、5.低压侧开关筒、6.低压电极。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型要解决的技术问题是：现有MV级高功率气体开关，在开关内气体压强高、开关尺寸大的情况下，当温度发生变化时，由于热胀冷缩，开关在轴向、径向均会产生形变，密封圈无法通过弹性形变补偿，导致密封失效，开关不能满足高、低温、温度冲击环境下的工作条件，无法满足军工产品的环境适应性要求。为此本实用新型设计了一种高功率气体开关的双锥度密封结构，它采用双侧锥面密封的双重密封方式，可以解决高温、低温、温度冲击环境温度变化条件下高功率气体开关的密封可靠性问题，提高高功率气体开关的工作可靠性。

如图2所示，本实用新型提供了一种具有双锥度密封结构的高功率气体开关，包括高压电极1、高压侧开关筒2、上锥度密封圈3、下锥度密封圈4、低压侧开关筒5、低压电极6， 高压侧开关筒2上锥形凹槽与轴向角度为15°～30°，低压侧开关筒5上锥形凸台与锥形凹槽方向相反；高压侧开关筒2和低压侧开关筒5通过螺栓固定在一起，其中高压侧开关筒2上锥形凹槽与低压侧开关筒5上锥形凸台位置相对应，锥形凹槽的深度等于或大于锥形凸台的高度。在低压侧开关筒5上锥形凸台上下两侧设计密封圈凹槽，用于安装上锥度密封圈3和下锥度密封圈4。当高压侧开关筒2和低压侧开关筒5通过螺杆拉紧后，锥形凸台两侧的密封圈受到预紧力与高压侧开关筒2上的锥形凹槽两侧接触，产生形变，形成初始密封。当开关筒内压力增大时，密封圈利用自身弹性形变补偿，保持开关密封可靠性。当开关处于不同的环境温度时，如高温、低温、温度冲击，开关各部件会发生热胀冷缩、开关室内气体也会发生热胀冷缩，造成开关筒凹陷或凸起等形状改变，形变通过两个开关筒传递到双锥度密封结构处，由于采用双锥度密封，将原有结构中密封圈轴向受力预紧密封圈的方式，更改为密封圈受力方向既有轴向力也有径向力，因此无论开关形变为轴向向外或向内，或是径向向内或向外，均至少有一侧密封圈受到预紧力的作用，保证开关密封性能。

本实用新型所述高功率气体开关，由于采用双面锥度密封，将原有结构中轴向受力预紧密封圈的方式，更改为密封圈受力方向既有轴向力也有径向力，因此当环境温度改变时，无论开关形变为轴向向外或向内，或是径向向内或向外，均至少有一侧密封圈受到预紧力的作用，保证开关密封性，由此实现了不同环境温度、温度冲击条件下开关密封的可靠，该密封结构简单、设计合理、使用方便，对于高功率气体开关在满足军用标准的环境条件下应用性能有重要意义。