两电极气体开关的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及脉冲技术，特别涉及两电极气体开关。
【背景技术】
[0002]超大功率固体激光器系统中，主要通过能源分系统为激光器光学驱动器提供大容量、高压脉冲能量栗浦。能源分系统由数量众多的能源模块和控制系统组成，能源模块主要功能采用高压储能，通过触发高压放电开关导通，输出功率脉冲能量栗浦。能源模块电压等级一般从十几kV至二十几kV，单次功率脉冲释放的能量从几十kj至几MJ，因此在高压、大功率脉冲能源模块中，高压放电开关起到至关重要的作用。高压放电开关要求通流能力达到几百kA，电荷转移量高达几百库伦。在如此超大能量脉冲的工作情况下，高压放电开关必须具有耐压高、通流能力强、导通特性稳定、内阻小等特点。而高压气体放电开关的击穿现象和开关电极上的放电物理过程十分复杂，具有一定的分散性，高压放电开关的电气特性直接影响到能源模块的高能量脉冲输出特性。因此，研制电气性能稳定、长寿命的高压大电流放电开关对于超大型固体激光器具有十分重要的意义，就现有国内实际情况而言，可选高压放电开关甚少。
[0003]在现有超大功率强激光器系统中，高压放电开关主要采用两电极气体开关。现有的两电极气体开关如申请号为200910022937.8、授权公告号CN 101577396 B的中国专利中公开的一种二电极火花隙气体开关，以及申请号为201010128326.4授权公告号为CN101783480 B的中国专利中公开的一种两电极气体火花开关，均包括两个电极座(也可称为底座)、设置在两个电极座之间的绝缘圆筒和用于固定连接两个电极座的绝缘拉杆。两个电极座上均设有石墨材料制成的电极，电极之间具有电极间隙。在大电流放电过程中，放电点是在电极表面随机产生的，有时会在电极外边沿等处，该电弧状态会造成点或局部烧蚀非常严重，影响电极寿命，并且现有放电开关的电极会因为瞬时高温和电荷转移发生石墨颗粒飞溅，加重电极烧蚀，电极的烧蚀程度直接影响到高压放电开关的放电次数即高压放电开关的寿命。同时，由于石墨颗粒飞溅，会加重高压气体放电开关绝缘部件例如绝缘圆筒的污染，降低绝缘强度，减少高压气体放电开关使用寿命。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种两电极气体开关，以解决现有两电极气体开关因电极烧蚀和石墨颗粒飞溅导致的使用寿命短的问题。
[0005]本发明两电极气体开关采用的技术方案是:两电极气体开关，包括第一电极座、第二电极座和用于形成电极间隙的两电极，所述第一电极座为桶状，所述电极间隙位于第一电极座的内腔中，所述第一电极座的径向侧壁上设有用于使第一电极座与外部物体导电连接的导电连接结构，在第一电极座的轴向方向上，所述导电连接结构位于所述电极间隙靠近第二电极座的一侧。
[0006]所述导电连接结构包括设置在第一电极座的径向侧壁上的凸缘和设置在凸缘上的导电柱；导电柱的一端固定在凸缘上，另一端沿第一电极座的轴向朝向远离第二电极座的方向延伸并超出第一电极座的底壁。
[0007]所述凸缘上设有供导电柱的对应端螺纹连接的安装孔，所述导电柱上设有凸肩，所述凸肩具有用于在旋紧时与安装孔的孔沿压紧配合的导电压紧面。
[0008]导电柱超出第一电极座底壁的一端设有凸肩，所述凸肩具有用于与外部物体压紧配合的导电压紧面。
[0009]所述导电柱是紫铜材料制成。
[0010]所述导电柱设有多根，各导电柱沿圆周均布在凸缘上。
[0011]所述第一电极座朝向第二电极座的开口处设有翻沿，所述凸缘是由所述翻沿形成。
[0012]所述第一电极座与第二电极座之间通过绝缘拉杆连接，所述翻沿上背向导电柱的端面上设有螺纹盲孔，所述绝缘拉杆的对应端上设有与螺纹盲孔螺纹连接的外螺纹。
[0013]第一电极座仅通过所述导电连接结构与外部物体导电连接。
[0014]所述第一电极座的径向侧壁上设有与电极间隙沿径向对应的火花塞安装孔，所述火花塞安装孔内设有用于触发电极放电的触发火花塞，所述触发火花塞的电极与第一电极座的径向侧壁的内壁具有间隔。
[0015]本发明采用上述技术方案，电极间隙位于第一电极座的内腔中，所述第一电极座的径向侧壁上设有用于使第一电极座与外部物体导电连接的导电连接结构，在第一电极座的轴向方向上，所述导电连接结构位于所述电极间隙靠近第二电极座的一侧，这样，电流通过时，通过第一电极座径向侧壁的电流流向就与通过电极间隙的电流流向相反，依据电磁力的作用原理，通过第一电极座径向侧壁的电流产生的电磁力作用在两个电极间隙放电的电弧上，会对两个电极间隙的放电电弧产生箍束力，该箍束力使得气体开关导通时的电弧被箍束于同轴结构中心窄区域内，在该区域内，瞬时温度较高，能够达到2000~4000K，石墨微小颗粒会和腔体内的氧气发生氧化反应，变成C0、C02,在放电结束后能够通过换气排出开关腔体，避免气体开关因残留导电介质的累计导致气体开关绝缘耐压降低，也使得电极表面被强电弧烧蚀程度趋于均匀，进而提高两电极气体放电开关的使用寿命；同时导通过程中产生的少量石墨微小颗粒也会被电磁力箍束于同轴金属结构中心窄区域内，避免飞溅到绝缘圆筒内壁上污染绝缘圆筒，以此避免溅射的电弧对绝缘圆筒的影响，进而延长其寿命。
【附图说明】
[0016]图1是两电极气体开关的一个实施例的立体图；
图2是图1中两电极气体开关的主视剖视图；
图3是图1中两电极气体开关的底座组合的立体图；
图4是图1中两电极气体开关的上盖组合的立体图；
图5是图1中两电极气体开关的铜柱的立体图；
图6是图1中两电极气体开关的功率电流流向原理不意图。
[0017]图中各附图标记对应的名称为:10_上盖组合，11-第一电极座，12-第一电极，13-翻沿，14-螺纹盲孔，20-绝缘圆筒，21-密封圈，30-底座组合，31-第二电极座，32-第二电极，40-绝缘拉杆，50-导电柱，51-凸肩，60-对称切面，70-辅助触发火花塞。
【具体实施方式】
[0018]本发明两电极气体开关的一个实施例如图1?图6所不，是一种同轴回流两电极气体火花开关，主要由上盖组合10、绝缘圆筒20、底座组合30、绝缘拉杆40和导电柱50组合5部分构成。上盖组合10包括第一电极座11和第一电极12，底座组合30包括第二电极座31和第二电极32。第一电极座11为桶状，具有径向侧壁、朝上的底壁和朝下的开口，第二电极座31整体为上下颠倒的T形。
[0019]底座组合30和上盖组合10均采用45#钢材，保证结构强度，同时提高底座组合30和上盖组合10上法兰盘连接部位在数百kA强功率脉冲电流的抗电腐蚀能力。当然，在其他实施例中，也可以根据需要选用其他高硬度金属材料。为了保证电气性能，底座组合30和上盖组合10不能够采用拼焊方式，均采用了整块钢材精加工制成。
[0020]底座组合30和上盖组合10中心的电极柱中镶嵌石墨材料EDM-AF5制成的电极，石墨在常温下具有很好的化学稳定性，不受任何强酸，强碱及有机溶剂的侵蚀，放电情况下石墨与空气中氧反应，生成一氧化碳、二氧化碳气体，能够方便排出。两个电极相对表面平行且呈中心同轴，保证气体开关在放电过程中，电极表面基本均匀放电，有利于提高电极使用寿命。电极表面依据电场分布情况，经过曲面形状加工处理，使得电极表面烧蚀程度趋于均匀，另外，电极表面根据使用工况，机械加工时，需要保证平面度和轴向垂直度。当然，其他实施例中，电极还可以采用本领域中常用的其他高强度、高密度石墨材料，提高电极使用寿命ο
[0021 ] 绝缘圆筒20采用高强度的复合绝缘材料F881。F881结构机械强度大，耐腐蚀能力强，利于提高气体开关的寿命。绝缘圆筒20的加工必须保证一定的同心度，壁厚一致。绝缘圆筒20的两个端面要保证平滑，防止组装后漏气。
[0022]绝缘拉杆40采用抗拉能力强，绝缘强度高的材料加工制造，本实施例中采用的是纯环氧绝缘材料。十个绝缘拉杆40均匀安装于底座组合30和上盖组合10的法兰盘连接部位。此结构设计保证了大电流工作状况下放电开关的应力平衡。
[0023]上盖组合10朝向底座组合30的开口处设有翻沿13，翻沿13的下端面上均布有十个螺纹盲孔14，各绝缘拉杆40的对应端上设有与螺纹盲孔14螺纹连接的外螺纹。为便于安装，绝缘拉杆40的外周面上加工有