一种用于共用腔体FLTD脉冲源的开关充换气结构及充换气方法

一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构及充换气方法
技术领域
1.本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构及充换气方法。


背景技术：

2.fltd(快直线型变压器)不需要脉冲压缩可直接输出快前沿高功率脉冲，被国内外公认为是下一代最有发展应用前景的驱动源新技术，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.气体开关是fltd装置实现能量转换和传输的关键部件，开关按时序精确闭合导通使得多个模块串并联运行，从而实现脉冲电压和电流的高效叠加。
4.基于轴对称均布分离柱回流共用腔体和内置同步触发方法的fltd主支路、触发支路都采用高功率气体开关，开关气体质量和良好的充换气是保障大型fltd装置可靠运行的基础和前提，要求fltd驱动源每发次运行均需要完成开关充放气循环，以保证开关工作可靠性和同步放电特性。之前fltd主支路和触发支路开关充换气管路采用pu气管通过2通、3通等气路接插件串并联实现，其管路复杂，转接环节多，泄漏率故障较高，气路充换气气路气阻大，换气时间长，气体置换不充分，且在fltd初级封闭的高电磁场强干扰环境中，气管布线困难。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中快直线型变压器管路复杂且充换气不充分问题，提供一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构及充换气方法。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.本发明提出的一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构，包括若干根级联拉杆、若干根通拉杆、主支路下并联气管和主支路上并联气管；
8.若干根级联拉杆和若干根通拉杆间隔设置形成圆环，所述主支路下并联气管位于圆环的一端，且与通拉杆连通；所述主支路上并联气管位于圆环的另一端，且与通拉杆连通；圆环的下底面安装有下盖板；在圆环上等间距安装有三个回流板，回流板的上表面和下盖板的上表面均安装有单级模块，单级模块包括一个触发支路开关和若干个主支路开关；下盖板的下底面安装有主支路进气控制器和触发支路进气控制器，主支路进气控制器的输出口穿过下盖板连接有主支路进气管，主支路进气管的另一端与一个通拉杆连通；在每个通拉杆的轴向均连通安装有四个主支路开关进气管，且一个主支路开关进气管连接一个主支路开关；触发支路控制器的输出口穿过下盖板连接有触发支路进气管，触发支路进气管的另一端连接有触发支路级联气管，触发支路级联气管上连通有四个支路气管，且支路气
管与触发支路开关连通。
9.优选地，所述主支路进气控制器包括主支路进气阀和主支路气压表，所述主支路进气阀与所述主支路进气管连通，所述主支路气压表并联在所述主支路进气阀和所述主支路进气管之间。
10.优选地，触发支路控制器包括触发支路进气阀和触发支路气压表，所述触发支路进气阀与所述触发支路进气管连通，所述触发支路气压表并联在所述触发支路进气阀和所述触发支路进气管之间。
11.优选地，在所述触发支路开关与所述主支路开关之间，及相邻主支路开关之间均设有下绝缘板。
12.优选地，所述级联拉杆和所述通拉杆等间距设置；所述级联拉杆和所述通拉杆的数量相等。
13.优选地，四个主支路开关进气管等间距设置。
14.优选地，所述触发支路级联气管安装在任意一个通拉杆或级联拉杆的轴向。
15.优选地，所述圆环的上顶面安装有上盖板。
16.优选地，所述主支路进气管、所述主支路下并联气管、所述主支路上并联气管、所述主支路开关进气管均与所述通拉杆的联接方式为快拧气体接头。
17.本发明提出的一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构的充换气方法，包括如下步骤：
18.通拉杆通过主支路下并联气管和主支路上并联气管并联形成主支路开关的供气主通道；将高压绝缘气体从主支路进气控制器注入，流经主支路进气管，进入通拉杆，再经主支路开关进气管进入每一个主支路开关；将高压绝缘气体从触发支路控制器注入，流经触发支路进气管，进入触发支路级联气管，再经支路气管进入每个触发支路开关，从而实现共用腔体fltd开关的充换气。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明提出的一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构，将共用腔体内多级串联模块分离柱回流杆中的通拉杆改为空芯管，并两端封闭，并用主支路下并联气管和主支路上并联气管将圆周均布的通拉杆气路并联连接，通拉杆对应位置引出主支路开关进气管，将高压绝缘气体从主支路进气控制器注入，流经主支路进气管，进入通拉杆，再经主支路开关进气管进入每一个主支路开关；将高压绝缘气体从触发支路控制器注入，流经触发支路进气管，进入触发支路级联气管，再经支路气管进入每个触发支路开关，从而实现共用腔体fltd开关的充换气。这样设计显著减少了主支路开关气路接插件的数量，减小了轴向级间气路气阻，使气管布局更整齐规范，提高了开关气路的可靠性和开关气体换气质量，保障了气体开关气压的一致性，有利于大型fltd充气装置稳定工作，因此，本发明提出的开关充换气结构在脉冲功率技术领域具有较好的应用前景。
21.进一步地，在触发支路开关与主支路开关之间，及相邻主支路开关之间均设下绝缘板，达到器件与器件相互绝缘的目的。
22.进一步地，进气阀与气压表组合，实现了充换气气压的在线监测，减少了共用腔体下地板开孔数量。
23.进一步地，级联拉杆与通拉杆间隔等间距，使每一个开关充换气回路的气阻是相
等的，这样充换气比较同步。级联拉杆与通拉杆间隔布局，既实现了大规模开关同步充换气，又保证了共用腔体结构装配关系。
24.进一步地，四个主支路开关进气管等间距设置，保证气路气阻最小。
25.进一步地，快拧接头比现有技术中的快插接头，应用在狭小空间，充气系统漏率小。
26.本发明提出的一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构的充换气方法，先形成主支路开关的供气主通道，再将高压绝缘气体分别注入主支路进气控制器和触发支路控制器中；将高压绝缘气体从主支路进气控制器注入，依次流经主支路进气管、通拉杆、主支路开关进气管，从而进入每一个主支路开关；将高压绝缘气体从触发支路控制器注入，依次流经触发支路进气管、触发支路级联气管、支路气管，进入每个触发支路开关，实现共用腔体fltd开关的充换气，操作方法简单，充换气可靠。
附图说明
27.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。
28.图1为本发明的共用腔体气路总体示意图。
29.图2为本发明的共用腔体气路示意图。
30.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，51-触发支路开关，52-主支路开关，61-下盖板，62-上盖板，63-级联拉杆，64-下绝缘板，65-回流板，71-主支路进气阀，72-主支路气压表，73-主支路进气管，74-通拉杆，75-主支路开关进气管，76-主支路下并联气管，77-主支路上并联气管，81-触发支路进气阀，82-触发支路气压表，83-触发支路进气管，84-支路气管，85-触发支路级联气管。
具体实施方式
31.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。
32.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。
33.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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
38.本发明提出的一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构，如图1所示，为典型的四级共用腔体fltd模块，若干根级联拉杆63和若干根通拉杆74间隔设置形成圆环，级联拉杆63和通拉杆74等间距设置，级联拉杆63和通拉杆74的数量相等。主支路下并联气管76位于圆环的一端，且与通拉杆74连通；主支路上并联气管77位于圆环的另一端，且与通拉杆74连通；圆环的上顶面安装有上盖板62，圆环的下底面安装有下盖板61；在圆环上等间距安装有三个回流板65，回流板65的上表面和下盖板61的上表面均安装有单级模块，单级模块包括一个触发支路开关51和若干个主支路开关52；在触发支路开关51与主支路开关52之间，及相邻主支路开关52之间均设有下绝缘板64。下盖板61的下底面安装有主支路进气控制器和触发支路进气控制器，主支路进气控制器的输出口穿过下盖板61连接有主支路进气管73，主支路进气管73的另一端与一个通拉杆74连通；在每个通拉杆74的轴向均连通安装有四个主支路开关进气管75，且一个主支路开关进气管75连接一个主支路开关52，主支路开关进气管75的安装位置依据主支路开关52进气位置决定，四个主支路开关进气管75等间距设置。触发支路控制器的输出口穿过下盖板61连接有触发支路进气管83，触发支路进气管83的另一端连接有触发支路级联气管85，触发支路级联气管85上连通有四个支路气管84，且支路气管84与触发支路开关51连通。触发支路级联气管84安装在任意一个通拉杆74或级联拉杆63的轴向。
39.其中，主支路进气控制器包括主支路进气阀71和主支路气压表72，主支路进气阀71与主支路进气管73连通，主支路气压表72并联在主支路进气阀71和主支路进气管73之间。触发支路控制器包括触发支路进气阀81和触发支路气压表82，触发支路进气阀81与触发支路进气管83连通，触发支路气压表82并联在触发支路进气阀81和触发支路进气管83之间。
40.单级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4，四个单级模块通过下盖板61，上盖板62，级联拉杆63，通拉杆74形成结构框架。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一个触发支路开关51与多个主支路开关52并联，等间隙圆周阵列密布。
41.在第一单级模块1、第二单级模块2、第三单级模块和第四单级模块4之间，不同模块轴向串联，以回流板65分界，结构相同。图1所示的四级共用腔体fltd模块中，共有4个触发支路开关51和多个主支路开关52需要同时充放气。
42.本发明利用通拉杆74连通不同主支路开关52的级间气路。通拉杆74与级联拉杆63间隔圆周阵列，数量相等。
43.在第一单级模块1、第二单级模块2、第三单级模块3或第四单级模块4，通拉杆74和级连拉杆63的总数量等于主支路开关52与触发开干51的总数量，通拉杆74与级联拉杆63圆周阵列分布于主支路开关52，或者触发支路开关51之间。
44.图2所示的充换气回路，通拉杆74与级联拉杆63各有12根，作为级联充气回路的通拉杆74连通每一级的23个主支路开关52。
45.主支路进气管73、主支路下并联气管76、主支路上并联气管77、开关进气管75均与通拉杆74的联接方式为快拧气体接头。
46.每一个通拉杆74上对称分布着4对开关进气管75，开关进气管75在通拉杆74轴向分布位置与主支路开关52的进气口对应，以开关进气管75的长度最短为最优。
47.本发明提出的一种用于共用腔体fltd脉冲源的开关充换气结构的充换气方法，包括如下步骤：
48.通拉杆74通过主支路下并联气管76和主支路上并联气管77并联形成主支路开关52的供气主通道；将高压绝缘气体从主支路进气控制器注入，流经主支路进气管73，进入通拉杆74，再经主支路开关进气管75进入每一个主支路开关52；将高压绝缘气体从触发支路控制器注入，流经触发支路进气管83，进入触发支路级联气管85，再经支路气管84进入每个触发支路开关51，从而实现共用腔体fltd开关结构的充换气。
49.具体的工作过程及工作原理如下：
50.12根通拉杆74通过主支路下并联气管76和主支路上并联气管77并联形成主支路开关52的供气主通道，支路气管84与通拉杆74气路不通。
51.高压绝缘气体从主支路进气阀71注入，流经主支路进气管73，进入通拉杆74，再经主支路开关进气管75，进入每一个主支路开关52。其中，主支路气压表72并联在主支路进气阀71和主支路进气管73之间，与主支路进气阀71同时在下盖板61的同侧。
52.高压绝缘气体从触发支路进气阀81注入，流经触发支路进气管83，进入支路气管84；支路气管的输出端口与触发支路级联气管85连通，触发支路级联气管85上等间距安装有四个支路气管84，且触发支路级联气管85与支路气管84连通，支路气管84进入每一个单级模块的触发支路开关51中。其中，触发支路气压表82并联在触发支路进气阀81和触发支路进气管83之间，与触发支路进气阀81同时在下盖板61的同侧。
53.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。