一种多级串联FLTD次级水线气泡排除结构及排气方法

一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构及排气方法
技术领域
1.本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构及排气方法。


背景技术：

2.fltd(快直线型变压器驱动源)不需要脉冲压缩可直接输出快前沿高功率电脉冲，被国内外公认为是下一代最有发展应用前景的大功率驱动源新技术，在高功率z箍缩、闪光照相和强激光等方面具有重要应用价值。其典型拓扑结构为：快放电支路并联构成百gw级单级模块、数十级模块串联形成tw级单路、数十路tw级单路并联汇聚产生百tw级数十ma的超高功率电脉冲，驱动不同类型的负载，产生多种极端条件。
3.输出功率数百tw级fltd驱动源次级传输线一般采用阻抗匹配的水线传输叠加功率，每级fltd模块为多支路并联同轴均布，占据了次级水线外筒圆周空间，使fltd次级水线对应支路输出绝缘子位置的气泡排除十分困难，次级一旦有气泡，由于去离子水的介电常数是气体的80倍，导致气泡内电场强度是水中的80倍，引起气体击穿，进而引起fltd每级支路输出短路，导致功率传输失效。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中fltd次级水线对应支路输出绝缘子最高位置处的气泡排除困难的问题，提供一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构及排气方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明提出的一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构，包括法兰、位于多级串联fltd模块内部的次级水线和排气泡组件，及安装在多级串联fltd模块外部的进水通道；所述法兰上开设有四个通孔；所述排气泡组件包括结构相同的四个排气泡单元；
7.四个所述排气泡单元均安装在多级串联fltd模块的次级水线外筒上电极上；四个排气泡单元的输出端口均依次穿过多级串联fltd模块和法兰的四个通孔，且连通有四根气泡导管，在四根气泡导管的另一端安装有水箱，在四根气泡导管上均安装有外置气泡通道阀门。
8.优选地，在所述水箱的外壁面安装有水箱外接连通阀。
9.优选地，在所述水箱的外壁面安装有水箱抽真空接口。
10.优选地，所述水箱抽真空接口安装在所述水箱外壁面的上方。
11.优选地，所述排气泡单元包括气泡排出点、电极气泡通道和初级腔体气泡通道；
12.所述气泡排出点位于多级串联fltd模块的中间绝缘子与多级串联fltd模块的次级水线外筒上电极相切的顶点处，多级串联fltd模块的次级水线外筒上电极上开设有安装所述电极气泡通道的通道，所述电极气泡通道的一端与所述气泡排出点连通，所述电极气泡通道的另一端与所述初级腔体气泡通道连接，所述初级腔体气泡通道的另一端与所述气泡导管连通。
13.优选地，所述电极气泡通道包括与气泡排除点相接的水平通道、竖直通道、通道密封盖板和气泡通道宝塔输出口；
14.所述竖直通道通过所述通道密封盖板密封，所述气泡通道宝塔输出口嵌在所述竖直通道的另一端。
15.优选地，所述初级腔体气泡通道由绝缘气管制成。
16.优选地，所述气泡通道宝塔输出口与所述初级腔体气泡通道通过箍筋卡箍固定。
17.本发明提出的一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构的排气方法，包括如下步骤：
18.a)液体从进水通道导入次级水线中；
19.b)当次级水线、排气泡单元内注满液体后，次级水线内的气泡通过四个排气泡单元分别导入四个气泡导管中；
20.c)在外置气泡通道阀门的作用下将气泡导入水箱中，实现次级水线内气泡的排除。
21.优选地，四个所述外置气泡通道阀门独立工作。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.本发明提出的一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构，通过在多级串联fltd模块外部安装进水通道能够将液体导入多级串联fltd模块中；在多级串联fltd模块内设有次级水线和排气泡组件，能够在次级水线的液体注满时将液体上方位置处的气泡通过排气泡组件排至气泡导管中；设置外置气泡通道阀门能够控制气泡导管中的气泡是否导入水箱中，从而将次级水线气泡排出。操作人员可以根据需要控制外置气泡通道阀门的开断，解决不同排气通道气阻差异带来的相互影响问题，使次级水线中的气泡排除得更彻底。因此，本发明提出的气泡排除结构能够解决现有技术中fltd次级水线对应支路输出绝缘子最上方位置的气泡排除困难的问题。
24.进一步地，在水箱的外壁面安装水箱外接连通阀，能够使多个气泡排除结构同时或分时工作。
25.进一步地，在水箱的外壁面安装有水箱抽真空接口，使次级水线内形成负气压。
26.进一步地，采用铣削矩形槽形成电极气泡通道，焊接通道密封盖板形成排除气泡的密封通道，解决了次级水线外筒电极薄板结构加工细长孔难题。
27.进一步地，初级腔体气泡通道由绝缘气管制成，目的是为了将气泡通道宝塔输出口与初级腔体气泡通道通过箍筋卡箍固定，使气密性更好。
28.本发明提出的一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构的排气方法，通过进水通道将液体导入次级水线，直至次级水线内液体注满，气泡通过四个排气泡单元导入水箱中，实现水线气泡的排除，且操作方法简单。
附图说明
29.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
30.图1为本发明的多级串联fltd次级水线气泡排除结构图。
31.图2为本发明的排气泡组件结构第一放大图。
32.图3为本发明的排气泡组件结构第二放大图。
33.图4是排气泡单元位置示意图。
34.图5为本发明的多级串联fltd模块排气泡模块示意图。
35.图6为本发明的排气泡模块电极通道结构示意图。
36.其中：1-第一单级模块，2-第二单级模块，3-第三单级模块，4-第四单级模块，52-次级水线外筒上电极，53-次级水线外筒下电极，54-中间绝缘子，60-法兰，61-次级水线，62-排气泡组件，63-进水通道，621-排气泡单元，62121-水平通道，62122-竖直通道，62123-通道密封盖板，62124-气泡通道宝塔输出口，626-水箱，627-水箱外接连通阀，6211-气泡排出点，6212-电极气泡通道，6213-初级腔体气泡通道，6214-气泡通道密封穿墙法兰，6215-外置气泡通道，6216-外置气泡通道阀门，628-水箱抽真空接口，70-气泡导管。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
42.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
44.一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构，如图1为典型的四级共用腔体fltd组
件，如图2-图6所示，包括法兰60、位于多级串联fltd模块内部的次级水线61和排气泡组件62，及安装在多级串联fltd模块外部的进水通道63，其中多级串联fltd模块包括第一单级模块1、第二单级模块2、第三单级模块和第四单级模块4。
45.法兰60上开设有四个通孔；排气泡组件62包括结构相同的四个排气泡单元621。四个排气泡单元621均安装在多级串联fltd模块的次级水线外筒上电极52上；在四个排气泡单元621的输出端口均依次穿过多级串联fltd模块和法兰60的四个通孔，且连通有四根气泡导管70，在四根气泡导管70的另一端安装有水箱626，在四根气泡导管70上均安装有外置气泡通道阀门6216。
46.排气泡单元621包括气泡排出点6211、电极气泡通道6212和初级腔体气泡通道6213；气泡排出点6211位于多级串联fltd模块的中间绝缘子54与多级串联fltd模块的次级水线外筒上电极52相切的顶点处，多级串联fltd模块的次级水线外筒上电极52上开设有安装电极气泡通道6212的通道，电极气泡通道6212的一端与气泡排出点6211连通，电极气泡通道6212的另一端与初级腔体气泡通道6213连接，初级腔体气泡通道6213的另一端与气泡导管70连通。具体的：电极气泡通道6212包括与气泡排除点6211相接的水平通道62121、竖直通道62122、通道密封盖板62123和气泡通道宝塔输出口62124；竖直通道62122通过通道密封盖板62123密封，气泡通道宝塔输出口62124嵌在竖直通道62122的另一端。
47.在水箱626的外壁面安装有水箱外接连通阀627，在水箱626的外壁面安装有水箱抽真空接口628。其中，水箱抽真空接口628安装在水箱626外壁面的上方。
48.初级腔体气泡通道6213由绝缘气管制成，气泡通道宝塔输出口62124与所述初级腔体气泡通道6213通过箍筋卡箍固定。
49.其中，第一单级模块1、第二单级模块2、第三单级模块和第四单级模块4中的任意一个模块包含2个磁芯51，1个次级水线外筒上电极52，1个次级水线外筒下电极53，1个中间绝缘子54，2组放电支路55，2个绝缘板56。2个磁芯51以中间绝缘子54为中心，轴对称分布。2组放电支路55以中间绝缘子54为中心，轴向对称分布。中间绝缘子54沿圆周均匀分布24个加强筋541，加强筋541的外侧设置过孔542，使中间绝缘子54形成24个抽屉结构，每个抽屉放置一个放电支路55。每级放电支路为24个放电支路55，绕磁芯51圆周均布。2个绝缘板56以中间绝缘子54为中心，轴对称分布。
50.第一单级模块1与次级水线61组成第一级次级脉冲传输线，第二单级模块2与次级水线61组成第二级次级脉冲传输线，第三单级模块3与次级水线61组成第三级次级脉冲传输线，第四单级模块4与次级水线61组成第四级次级脉冲传输线，4个脉冲传输线轴向依次首尾电连接，形成高压脉冲叠加传输线。
51.传输线内充满去离子水作为储能与传输介质，去离子水内的气泡从物理机制上无法一次性排除，与去离子水共存，所以设计排气泡组件62。
52.每一个单级模块排气泡单元621结构相同，工作模式相对独立，仅分布位置不同。
53.气泡排出点6211是高压脉冲传输线水平放置时，去离子水的物理空间位置的最高点，位于中间绝缘子54与次级水线外筒上电极52相切的顶点处，也是气泡的自然聚集地。
54.初级腔体气泡通道6213由绝缘气管制成，一端连接气泡通道宝塔输出口62124，并用箍筋卡箍箍紧，另一端气密连接气泡通道密封穿墙法兰60，绝缘气管在初级腔体内沿着气泡通道宝塔输出口62124的指向，从两个放电支路55之间中间位置径向伸出，通过中间绝
缘子54的过孔连接至气泡通道密封穿墙法兰60。在设备外部，气泡导管70通过外置气泡通道阀门6216连接至水箱626。
55.高压脉冲传输线注水过程为：真空系统密封连接水箱抽真空接口628，通过水箱626，排气泡组件62，使高压脉冲叠加传输线内形成负气压。
56.去离子水在负气压的作用下，通过进水通道63进入高压脉冲叠加传输线，通过排气泡组件62，进入水箱626，完成高压脉冲叠加传输线真空注水。
57.真空系统持续工作，使高压脉冲叠加传输线内去离子水中的气体进一步析出，通过排气泡组件进入水箱626，由真空系统排出。
58.本发明提出的一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构的排气方法，包括如下步骤：
59.a)水箱抽真空接口628与真空泵组连接，真空泵组开始工作，水箱626内部以及与其密封连接的四个排气泡单元621和次级水线61内部形成负压状态，真空度小于10-2
pa。
60.b)缓慢打开进水通道63，水介质缓慢注入次级水线61中；
61.c)当次级水线61、排气泡单元621内注满水介质液体后，关闭进水通道63，持续抽真空，次级水线61内的气泡通过四个排气泡单元621分别导入四个气泡导管70中；
62.d)在外置气泡通道阀门6216的作用下将气泡导入水箱626中，实现次级水线61气泡的排除。
63.本发明提出的一种多级串联fltd次级水线气泡排除结构及排气方法，在次级水线外筒上电极52的薄板结构中，铣削矩形槽形成电极气泡通道62122，焊接通道密封盖板62123形成去离子水密封通道，解决了次级水线外筒上电极52的薄板结构细长孔加工问题。四个单级模块排气泡模块相对独立，能够独立控制气泡通道，解决了不同气泡通道气阻差异带来的相互不利影响问题。
64.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。