一种X射线真空管管壳及真空管的制作方法

一种x射线真空管管壳及真空管
技术领域
1.本实用新型涉及电真空器件领域。更具体地，涉及一种x射线真空管管壳及真空管。


背景技术：

2.x射线通过对阴极灯丝进行加热激发出热电子，并在阴极和阳极之间的加速电场作用下，高速撞击到靶面，从而产生x射线。这部分能量仅占据总能量的1％，而剩余约99％的能量全部转化为热能。因此，靶盘上受电子撞击的部位升温很快，在高真空高温条件下，靶盘上的热量主要通过热辐射传递给管壳，由管壳的循环冷却液带走。
3.管壳为x射线真空管装置提供封闭环境，维持内部超高真空度，作为中间部件连接阴极与阳极。通常，中间管壳主要有玻璃与金属两种材质制得，玻璃由于其较好的透明性，有利于增强热辐射效应，但是玻璃材质易碎，机械强度低，并且因玻璃的低导电性导致电荷积聚，钨与其他蒸汽易在玻璃内壁形成涂层变成导电层，便破坏其绝缘能力。基于此，现有领域中普遍采用金属管壳，金属管壳的机械强度更大，通常必须在内表面做黑化处理以便吸收真空管内散发的热量，将内表面镀铬黑化或在不锈钢内、外表面烧绿等方式以提高发射率，但散热效率有限，当真空管内散发的热量较多时，无法起到散热的目的，后来有人也有将散热油路内嵌到管壳结构中，以延长管壳的散热路径，但其缺点也是明显的，将散热油路内嵌到管壳结构中一方面会造成结构复杂程度变高，制作工艺难度加大，而且散热油路会受到x射线真空管结构尺寸限制，另一方面当真空管内温度过高时，会出现管外绝缘油碳化现象，长时间会逐渐积碳影响绝缘强度，最终影响x射线真空管的寿命。
4.因此，提供一种结构简单，换热面积大的x射线真空管管壳是具有重要意义的。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的在于提供一种x射线真空管管壳，该x射线真空管管壳在外表面设置多组凹槽，解决了换热效率低，加工与装配工艺难度高等问题。
6.本实用新型的另一个目的在于提供一种x射线真空管，包含上述带凹槽的管壳结构，具有大的换热面积，结构简单，有利于快速吸收管壳内的热量，延长设备的寿命。
7.为达到第一个目的，本实用新型采用下述技术方案：
8.一种x射线真空管管壳，该管壳为同一材质金属管壳，其外表面形成有至少一个凹槽，管壳外表面面积是以凹槽底部为直径计算得到表面积的 1.1～1.6倍，槽深与管壳壁厚之比不大于50％。
9.优选地，所述金属选自不锈钢、耐热钢、碳素结构钢、无磁不锈钢、无氧铜或镍铜。
10.本实用新型中管壳材质还可以为做过抛光、电泳、电镀、喷丸、喷砂、烧氢、蚀刻、pvd、cvd、涂装等表面处理的上述金属等真空常用材料。
11.优选地，所述凹槽相对于电子注方向设置为环形槽、竖形槽、斜形槽中的一种或多种，所述凹槽为垂直于电子注方向的环槽，所述凹槽为沿电子注方向延伸的多组竖槽，所述
凹槽为电子注方向成锐角延伸的多组斜槽。
12.优选地，所述凹槽以v形、x形、螺旋形设置在管壳外表面。
13.优选地，所述凹槽为包括以上至少两种方向交叉设置的多组凹槽。
14.优选地，所述凹槽的长度为1～5倍的管壳高度。
15.本实用新型采用如下定义，便于理解本实用新型的技术方案，管壳壁厚为b0，适当增加管壳壁厚后，开槽侧壁厚为b，增大的壁厚记为δb，管壳周长为l0，管壳高度为h0，开槽长度为l，槽宽为w，槽深为d，开槽角度α定义为槽延伸方向相对于电子注行进方向的角度，螺旋升角为β，满足α+β＝90
°
，开槽前的表面积记为s0，开槽后的表面积记为s，开槽后增大的表面积记为δs。脊的宽度记为w’，开槽组数为n。金属薄壁管壳温度记为t0，开槽后的金属管壳温度记为t，开槽后温度减小记为δt。
16.本实用新型的技术方案中适当增加壁厚，壁厚增加δb/b0为10％～100％，槽深与壁厚比d/b不大于50％，用以保证管壳结构的机械强度，一般开槽组数n≥4，可综合考虑加工成本、管壳机械强度和散热效果后选取开槽组数，则表面积增大比例δs/s0为10％～60％，管壳温度减小比例δt/t0为4％～50％，本领域技术人员可以理解的是，管壳由于距离内部热源的位置不同和管壳表面结构不同，会存在一定温度梯度，降温效果也不同，按位置区分的话，槽底温度减小4～10％，槽侧温度减小20～40％，脊温度减小25～50％。
17.本实用新型的技术方案中当开槽方式为环槽时，增加的表面积记为δs1。
18.开槽方式为竖槽时，增加的表面积记为δs2，当h0＜l0时，则δs2＜δs1；当h0＝l0时，则δs2＝δs1；当h0＞l0时，则δs2＞δs1。
19.本实用新型中，引入斜槽、v型槽、x型槽等带有倾斜角度的凹槽，带有倾斜角度的凹槽具有更好地导流作用，且有利于增大换热面积，增强散热效果。
20.开槽方式为斜槽时，增加的表面积记为δs3，当h0＜l0，0＜α＜90
°
时，则δs3＞δs2；当h0＝l0，0＜α≤45
°
时，则δs3＞δs1＝δs2；当h0＞l0，0＜α＜45
°
时，则δs3＞δs2＞δs1。
21.开槽方式为v型槽时，增加的表面积记为δs4，当h0＜l0，0＜α＜90
°
时，则δs4＞δs3＞δs2；当h0＝l0，0＜α≤26.6
°
时，则δs4＞δs3＞δs2＝δs1；当h0＞l0，0＜α＜26.6
°
时，则δs4＞δs3＞δs2＞δs1。
22.开槽方式为x型槽时，增加的表面积记为δs5，当h0＜l0，0＜α≤arctan(l0/ 2h0)时，则δs5＝δs4＞δs3＞δs2；当h0＝l0时，0＜α≤26.6
°
时，则δs5＝δs4＞δs3＞δs2＝δs1；当h0＞l0时，0＜α＜26.6
°
时，则δs5＝δs4＞δs3＞δs2＞δs1。
23.开槽方式为螺旋槽时，增加的表面积记为δs6，当h0＜l0，45
°
＜α＜90
°
(0 ＜β＜45
°
)时，则δs6＞δs1＞δs2；当h0＝l0，45
°
≤α＜90
°
(0＜β≤45
°
)时，则δs6＞δs2＝δs1；当h0＞l0，0
°
＜α＜90
°
时，则δs6＞δs1。
24.本实用新型所述凹槽的形状包括但不限于矩形槽、方形槽、梯形槽的一种或几种。
25.为达到第二个目的，本实用新型采用下述技术方案：
26.一种x射线真空管，包括所述x射线真空管管壳。
27.优选地，所述真空管包括阴极和阳极，所述真空管管壳为设置在所述阴极和阳极之间的中间管壳。
28.优选地，所述真空管管壳进一步设置在阳极周围的阳极管壳。
29.本实用新型所述管壳的形状包括但不限于圆筒型、圆锥型、椭圆型、方型、矩形或平面四边形的一种。
30.本实用新型x射线真空管的阴极和阳极固定连接于所述真空管管壳的相对面上，真空管管壳分为两个部分，包括中间管壳和阳极管壳。真空管管壳的材质可以是如下三种情况：1、中间管壳和阳极管壳均为金属管壳结构；2、中间管壳为金属管壳结构，阳极管壳为陶瓷管壳结构；3、中间管壳为金属管壳结构，阳极管壳为玻璃管壳结构。本实用新型还包括在阳极靶面附近管壳设置x射线出口。
31.当x射线真空管工作时，x射线真空管内元件产生热量，其热量主要通过热辐射传递到所述管壳上，管壳凹槽内的循环冷却液及时将热量带走，实现对管壳内元件的降温。
32.由于x射线真空管在工作时需要高速旋转，该结构承受巨大的离心力，为防止所述管壳变形，通常采用金属材质的管壳，优选是不锈钢材质，为提高不锈钢材质的热辐射率，通常在不锈钢内表面或外表面黑化处理，提高热辐射率，从而更好地吸收所述管壳内元件的热量。
33.本实用新型的一种x射线真空管通过在管壳外表面设置不同开槽方式和形状的凹槽结构，加大与循环冷却液的接触面积，提高管壳表面的散热效率，延长设备的服役寿命。
34.本实用新型的有益效果如下：
35.本实用新型提供了一种x射线真空管管壳，该x射线真空管管壳通过在外表面开槽，增大了真空管管体与循环冷却液的接触面积，有效改善了散热效率，减少了管壳因过热带来的热应力变形问题。
36.本实用新型提供了多种开槽方式，包括环槽、竖槽、斜槽、v型槽、x 型槽、螺旋槽或是上述几种的组合槽，通过凹槽参数的选择进一步提高管体与冷却流体间的接触面积，增加散热效果。
37.本实用新型还提供一种x射线真空管，包含上述带凹槽的管壳结构，具有大的换热面积，结构简单，有利于快速吸收管壳内的热量，延长设备的服役寿命。
附图说明
38.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
39.图1示出本实用新型提供的一种x射线真空管。
40.图2示出本实用新型提供了开槽前的x射线真空管管壳的示意图；
41.其中，(1)为开槽前的x射线真空管管壳的主视图；(2)为开槽前的 x射线真空管管壳的剖面图；(3)为开槽前的x射线真空管管壳的圆周展开图。
42.图3示出本实用新型实施例1提供了开槽方式为环槽的x射线真空管管壳的示意图；
43.其中，(1)为开槽方式为环槽的x射线真空管管壳的主视图；(2)为开槽方式为环槽的x射线真空管管壳的剖面图；(3)为开槽方式为环槽的x 射线真空管管壳的圆周展开图。
44.图4示出本实用新型实施例2提供了开槽方式为竖槽的x射线真空管管壳的示意图；
45.其中，(1)为开槽方式为竖槽的x射线真空管管壳的主视图；(2)为开槽方式为竖槽的x射线真空管管壳的剖面图；(3)为开槽方式为竖槽的x 射线真空管管壳的圆周展开图。
46.图5示出本实用新型实施例3提供了开槽方式为斜槽的x射线真空管管壳的示意图；
47.其中，(1)为开槽方式为斜槽的x射线真空管管壳的主视图；(2)为开槽方式为斜槽的x射线真空管管壳的剖面图；(3)为开槽方式为斜槽的x 射线真空管管壳的圆周展开图。
48.图6示出本实用新型实施例4提供了开槽方式为v型槽的x射线真空管管壳的示意图；
49.其中，(1)为开槽方式为v型槽的x射线真空管管壳的主视图；(2) 为开槽方式为v型槽的x射线真空管管壳的剖面图；(3)为开槽方式为v 型槽的x射线真空管管壳的圆周展开图。
50.图7示出本实用新型实施例5提供了开槽方式为x型槽的x射线真空管管壳的示意图；
51.其中，(1)为开槽方式为x型槽的x射线真空管管壳的主视图；(2) 为开槽方式为x型槽的x射线真空管管壳的剖面图；(3)为开槽方式为x 型槽的x射线真空管管壳的圆周展开图。
52.图8示出本实用新型实施例6提供了开槽方式为螺旋槽的x射线真空管管壳的示意图；
53.其中，(1)为开槽方式为螺旋槽的x射线真空管管壳的主视图；(2) 为开槽方式为螺旋槽的x射线真空管管壳的剖面图；(3)为开槽方式为螺旋槽的x射线真空管管壳的圆周展开图。
54.图9示出本实用新型实施例7提供了开槽方式为螺旋槽和竖槽的组合槽的x射线真空管管壳的示意图；
55.其中，(1)为开槽方式为螺旋槽和竖槽的组合槽的x射线真空管管壳的主视图；(2)为开槽方式为螺旋槽和竖槽的组合槽的x射线真空管管壳的剖面图。
56.图10示出本实用新型实施例8提供了开槽方式为x型槽和环槽的组合槽的x射线真空管管壳的示意图；
57.其中，(1)为开槽方式为x型槽和环槽的组合槽的x射线真空管管壳的主视图；(2)为开槽方式为x型槽和环槽的组合槽的x射线真空管管壳的剖面图。
58.其中，附图标记为：1阴极、2阳极、3真空管管壳、4中间管壳、5阳极管壳、6x射线发射出口。
具体实施方式
59.为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
60.本实用新型中x射线真空管原金属薄壁管壳壁厚b0为1mm，适当增加壁厚至b为2mm进行开槽设计制造。
61.实施例1
62.本实施例提供了一种x射线真空管，包括阴极1，阳极2以及真空管管壳 3，所述管壳为金属材质制得，管壳3由中间管壳4和阳极管壳5构成，x射线发射出口6设置有窗结构，
中间管壳4的外表面开有与中间管壳4一体成型的环槽，即α＝90
°
，参见图3中(1)～(3)所示，环槽内有循环冷却液。开槽组数n＝4，则由仿真技术得到管壳表面积增大比例δs1/s0为44％，管壳工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为4.4％，槽侧平均温度减少δt/t0为21％，脊平均温度减少δt/t0为28.5％。
63.实施例2
64.将实施例1中的开槽方式改为竖槽，即α＝0
°
，参见图4中(1)～(3)所示，当开槽组数n＝4时，开槽条件为α为0
°
，则由仿真技术得到表面积增大比例δs2/s0为12％，中间管壳4工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为3.8％，槽侧平均温度减少δt/t0为19.8％，脊平均温度减少δt/t0为25％。
65.实施例3
66.将实施例1中的开槽方式改为斜槽，参见图5中(1)～(3)所示，当开槽组数n＝4，α＝50
°
时，则由仿真技术得到表面积增大比例δs2/s0为15％，中间管壳4工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为4.7％，槽侧平均温度减少δt/t0为25.3％，脊平均温度减少δt/t0为31.6％。
67.实施例4
68.将实施例1中的开槽方式改为v型槽，参见图6中(1)～(3)所示，当开槽组数n＝4，α＝37.2
°
时，则由仿真技术得到表面积增大比例δs2/s0为20％，中间管壳4工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为6.6％，槽侧平均温度减少δt/t0为31.1％，脊平均温度减少δt/t0为36.8％。
69.实施例5
70.将实施例1中的开槽方式改为x型槽，参见图7中(1)～(3)所示，当开槽组数n＝4，α＝55.5
°
时，则由仿真技术得到表面积增大比例δs2/s0为26％，中间管壳4工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为6.1％，槽侧平均温度减少δt/t0为37％，脊平均温度减少δt/t0为43％。
71.实施例6
72.将实施例1中的开槽方式改为螺旋槽，参见图8中(1)～(3)所示，当开槽组数n＝5，α＝87
°
，β＝3
°
时，则由仿真技术得到表面积增大比例δs2/s0为54％，中间管壳4工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为9.2％，槽侧平均温度减少δt/t0为39.6％，脊平均温度减少δt/t0为48.2％。
73.实施例7
74.将实施例1中的开槽方式改为螺旋槽和竖槽的组合槽，参见图9中(1) ～(2)所示，当螺旋槽开槽组数n1＝5，竖槽开槽组数n2＝6，螺旋槽的α1＝87
°
时，则由仿真技术得到表面积增大比例δs2/s0为54％，中间管壳4工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为10％，槽侧平均温度减少δt/t0为 39.6％，脊平均温度减少δt/t0为49.1％。
75.实施例8
76.将实施例1中的开槽方式改为x型槽与环槽的组合槽，参见图10中(1) ～(2)所示，当x型槽开槽组数n1＝4，环槽开槽组数n2＝2，x型槽的α1＝55.5
°
时，则由仿真技术得到表面积增大比例δs2/s0为36％，中间管壳4工作温度明显降低，槽底平均温度减少δt/t0为6.2％，槽侧平均温度减少δt/t0为 36.1％，脊平均温度减少δt/t0为42.1％。
77.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。